Ice crystal structure

Isens krystalstruktur

I en iskrystal er vandmolekylerne arrangeret i lag af sekskantede ringe. Disse lag kaldes krystallens basalplaner, og normalen kaldes krystallens c-akse, eller den optiske akse. 

Hexagonal ring structure

Iskrystallens sekskantede ringstruktur (de blå og sorte kugler repræsenterer iltatomerne fra H2O-molekylerne).

Basalplaner

Krystallens basalplaner er vinkelrette på c-aksen. Krystallen deformerer ved at glide langs basalplanerne.

Bindingerne mellem molekyler, der sidder i samme basalplan, er meget stærkere end bindingerne mellem molekyler, der sidder i forskellige basalplaner. Det får krystallen til at deformere ved at glide langs basalplanerne. Basalplanerne forskubbes i forhold til hinanden på samme måde som kortene i et sæt spillekort, når man skubber til det fra siden.

 


Hvis krystallen er orienteret ugunstigt for glidning langs basalplanerne - hvis det pålagte tryk er vinkelret på basalplanerne - kan den stadig deformeres; men det tryk der skal til er 100 gange større end ved glidning langs basalplanerne.

Polykrystal


Gletsjeris er bygget op af mange individuelle krystaller, der ligger tæt pakket sammen. På overfladen af iskappen har krystallerne en helt tilfældig orientering, fordi snekrystallerne er aflejret tilfældigt. Nogle krystaller er orienteret gunstigt for glidning langs basalplanerne, og andre er ikke. Det betyder at deformationen foregår meget langsommere end for en enkelt krystal.

 

Polykrystal deformeret

Når isen deformeres og basalplanerne glider i forhold til hinanden, ændrer de enkelte krystaller i isen langsomt facon, ligesom et kortspil ændrer facon, når man skubber til det fra den ene side. Det får de enkelte krystaller til at rotere. Generelt roterer krystallens c-akse hen mod en akse der trykkes sammen, og væk fra en akse der strækkes ud. Resultatet er, at krystallerne dybt nede i iskappen ikke længere orienteres tilfældigt, men har en foretrukken retning, afhængig af flydehistorien. Derfor kan man få viden om flydehistorien ved at studere krystallernes retninger i forskellige dybder.


Krystallernes retning bestemmes ved at studere tyndslib. Et tyndslib er en plade af is med en tykkelse på ca. 0,5 mm tyk. Når et tyndslib placeres mellem to krydsede polarizationsfiltre, kan man se de enkelte krystaller. Krystallens farve afhænger af dens retning.

Crystals

Tyndslib der viser krystalstrukturen i is fra Centralgrønland. Isprøverne til venstre er taget i et par hundrede meters dybde, og prøverne til højre er taget fra midten af iskappen. I toppen af iskappen er krystallerne orienteret tilfældigt. Dette ses ved, at krystallerne i tyndslibet til venstre har mange forskellige farver. Dybere nede har deformationen af isen ført til at krystallerne har fået en foretrukken retning. Derfor har langt de fleste krystaller i tyndslibet til højre blålige farver. Tyndslibene på billederne her er fotograferet liggende mellem krydsede polarizationsfiltre.


Størrelsen af krystallerne ændrer sig også med dybden. I Grønlands indlandsis er de enkelte krystaller mellem 1 mm og 10 cm i diameter. I de øverste lag er krystallerne generelt små; men med tiden bliver de mindste krystaller 'spist' af større nabokrystaller. Derfor bliver krystallerne større med dybden. Nær bunden af iskappen kan krystallerne vokse sig rigtig store, fordi klipperne under isen afgiver varme, hvilket øger krystallernes vækstrate.

Krystallernes størrelse afhænger også af isens indhold af urenheder. Når der er et højt indhold af urenheder, er krystallerne mindre, fordi urenhederne hæmmer krystallernes vækst.

Læs mere om urenheder og krystalstørrelse her.

Læs mere om hvordan krystallernes størrelsesfordeling og retning bestemmes fra analyser af tyndslib.