创造云彩的岩石
长石是一种普遍存在的矿物，约占地壳的一半。在地球大气层中，长石发挥着极其重要的作用。空气中携带的细粉末会影响云的形成。水分子比其他颗粒更好地粘附在长石尘埃上。漂浮在大气中的微小长石颗粒成为优秀的成核种子，水分子粘附并冻结，最终形成云。
目前还不清楚为什么长石具有这种有效结合水并形成云的非凡能力。维也纳工业大学的研究人员使用高度灵敏的原子力显微镜证明，长石表面的独特几何形状为氢和氧的羟基提供了完美的锚定点，随后也为水提供了完美的锚定点。
具有原子分辨率的图像
“研究人员正在考虑为什么长石是如此有效的成核种子的几个想法，”领导该项目的维也纳工业大学应用物理研究所的 Ulrike Diebold 教授说。“这可能是由于长石中含有钾原子，或者可能是其晶体结构中的某些缺陷。”
为了找到答案，TU 研究人员使用了非常灵敏的原子力显微镜。在该显微镜中，用细尖逐点扫描晶体的表面。尖端和表面之间的力产生高分辨率的图像，可以精确确定每个原子的位置。
“我们将一块长石放入显微镜的真空室中，并将其分成两半，以获得原始且干净的表面，”该研究的第一作者 Giada Franceschi 说。“我们对结果感到困惑：表面的图像看起来与常见理论的预测不同。”
最佳连接：羟基层
原因很快就找到了：罪魁祸首是岩石中微小的水包裹体。当石头破碎时，会释放出少量水蒸气。该蒸汽附着在新分裂的表面上，水分子分裂，形成羟基 (OH) 基团。“在显微镜下，您看不到长石表面本身，而是看到覆盖有羟基的表面，”Giada Franceschi 解释道。“自然界中，长石表面也覆盖着这样的羟基层。”
由于长石晶体的几何形状，这些羟基的位置使其成为水分子的理想锚定点。水分子可以与羟基对接，就像精确组装在一起的积木一样。因此，羟基层在长石和以冰形式附着的水之间形成了完美的连接。“这种结合非常容易、快速地建立起来，而且也非常稳定，”乌尔里克·迪博尔德 (Ulrike Diebold) 说。“为了去除长石中的羟基层，必须将其加热到高温。” 计算机模拟也支持这一发现。
这些结果让我们深入了解为什么大气中的特定晶体特别适合作为云形成核种子。特别是面对气候变化，更好地了解云形成的物理原理非常重要。有时，正如维也纳工业大学的研究项目所示，人们必须深入研究原子世界。”
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