Klasik bir buz dikeniMum biçiminde bir buz dikeniTers piramit biçiminde bir buz dikeni
Buz dikeni, donmuş bir su kütlesinin yüzeyinden yukarıya doğru uzanan, çoğunlukla ters dönmüş bir buz sarkıtını andıran buz oluşumudur.
Küçük su birikintilerinin donması sırasında doğal yollarla meydana gelen buz dikenleri, uzun zamandır bilinen ancak oldukça seyrek rastlanan oluşumlardır. Oluşumlarını açıklamak üzere 20. yüzyılın başlarında geliştirilen ve günümüzde Bally-Dorsey modeli olarak bilinen kuram, uzun süre laboratuvar ortamında sınanamamıştır. 2013 yılına gelindiğinde internette doğal buz dikenlerine ait çok sayıda fotoğrafın yanı sıra damıtılmış suyun ev tipi buzdolaplarında dondurulmasıyla bunların yapay olarak nasıl elde edilebileceğini gösteren yöntemler yayımlanmıştı. Böylece araştırmacılar, buz dikenlerinin oluşumuyla ilgili varsayımları kontrollü koşullarda inceleme olanağı bulmuştur. Deney sonuçları Bally-Dorsey modelini büyük ölçüde desteklese de doğal buz dikenlerinin oluşumuna ilişkin bazı sorular henüz yanıtlanamamıştır.
Doğal buz dikenleri her zaman sivri ve ince bir çıkıntı biçiminde gelişmez. Farklı biçimler için yerleşik bir adlandırma bulunmadığından bu oluşumlar, görünüşlerine göre buz mumları, buz kuleleri veya buz vazoları olarak da tanımlanır. Daha sıra dışı örneklerden bazıları ters çevrilmiş bir piramidi andırır.
Buz dikenlerinin uzunluğu genellikle birkaç santimetreyi geçmez. Bununla birlikte çok daha büyük oluşumların gözlemlendiğine ilişkin kayıtlar da vardır. 1963 yılında donmuş Erie Gölü üzerinde yürüyen Kanadalı Gene Heuser, gölün buzla kaplı yüzeyindeki küçük deliklerden basınçla yükselen suyun havada donarak yaklaşık 1,5 metre yüksekliğinde sütunlar oluşturduğunu bildirmiştir. Heuser, gölün dört bir yanında yükselen bu oluşumları telefon direklerine benzetmiştir. Gözlemi daha sonra Harbor Creek Historical Society Newsletter adlı yayında aktarılmıştır.
Arka plan
Buz dikenleri, onlarca yıldır ender görülen bir doğa olayı olarak kaydedilmektedir. Bu oluşumların nasıl meydana geldiğini açıklayan model, 20. yüzyılın başlarında Oscar Bally ve H. E. Dorsey tarafından birbirlerinden bağımsız olarak ortaya konmuştur. Söz konusu model, günümüzde de olayın açıklanmasında en yaygın kabul gören yaklaşımdır.
Buz dikenleri, göl ve gölet gibi büyük su kütlelerinden çok, suyun daha hızlı donabildiği kuş sulukları ve evcil hayvanların su kapları gibi küçük kaplarda ortaya çıkma eğilimindedir.
İnternette alışılmadık buz oluşumlarının fotoğraflarını içeren ve bunların nedenlerini ele alan çeşitli yayınlar bulunmaktadır. Ev tipi buzdolaplarında hazırlanan buz küplerinde de buz dikenlerinin oluştuğu birçok kez gözlemlenmiştir.
Buz dikenlerinin kontrollü koşullarda üretilebilmesi, oluşumlarını belirleyen etkenlerin deneysel olarak araştırılmasını sağlamıştır. Bu konuda Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümünde Kenneth G. Libbrecht öncülüğünde çeşitli çalışmalar yürütülmüştür.
Oluşum mekanizması
Su, donduğunda hacimce yaklaşık %9 oranında genleşir. Bazı durumlarda suyun üst yüzeyi, küçük bir açıklık dışında tamamen buzla kaplanır. Yüzeyin altında kalan su donmaya devam ettikçe oluşan buz genleşir ve henüz donmamış suyu bu açıklıktan yukarı doğru iter. Dışarı çıkan suyun çok soğuk havayla temas eden kenarları donarken orta kısmı sıvı kalır. Alttan yeni su geldikçe aynı süreç yinelenir.
Yukarı itilen su miktarı ile açıklığın çevresindeki donma hızı birbirine uygun olduğunda, üst üste eklenen buz tabakaları zamanla içi boş ve yukarıya doğru uzayan bir tüp oluşturur. Böylece buz dikeni büyümeye başlar. Bu tüpün biçimini, tıpkı kar tanelerinde olduğu gibi suyun moleküler yapısı belirler.
Bir buz kristalinin iç yapısını yansıtan en basit geometrik biçimlerden biri, altıgen tabanlı bir prizmadır. Kristalin üst ve alt yüzeylerini oluşturan altıgen düzlemlere taban düzlemleri denir. Bu düzlemlere dik olan doğrultu ise c ekseni olarak adlandırılır.
Donma süreci, suyun kabın iç yüzeyiyle temas ettiği bölgelerdeki küçük düzensizliklerin çevresinde çekirdeklenme başlamasıyla gelişir. İlk oluşan kristalin c ekseni düşey değilse taban düzlemi suyun yüzeyini c eksenine dik bir çizgi boyunca keser. Buz kristalleri de bu çizgi doğrultusunda yüzeye yayılma eğilimi gösterir.
Böylece su yüzeyi kenarlardan merkeze doğru donarken ortada küçük bir açıklık kalabilir. İnce kristal tabakalarının yaklaşık 60 derecelik açılarla birleşmesi nedeniyle bu açıklık çoğu zaman üçgen biçimindedir.
Buz dikeninin oluşup oluşmamasında suyun bulunduğu kabın şekli, sudaki çözünmüş yabancı maddelerin miktarı, hava sıcaklığı ve su yüzeyinin üzerindeki hava hareketleri rol oynar. Su yüzeyinin altında gelişen bir kristalitten büyüyen dikenler, buz tabakasına dik uzanmak yerine eğik bir doğrultuda da yükselebilir.
Ancak bu koşulların bir araya gelmesi enderdir. Çoğu zaman su yüzeyi hiçbir açıklık kalmadan donar. Böyle durumlarda alttaki suyun donarak genleşmesi, yüzeyde bir diken meydana getirmek yerine buz tabakasının bütünüyle yukarı doğru itilmesine yol açar.
Ev tipi bir buzdolabının dondurucu bölmesinde büyüyen üç buz dikeni
Ev tipi buzdolaplarında, plastik buz kalıplarına damıtılmış su doldurularak küçük buz dikenleri yapay olarak üretilebilir. Buradaki mekanizma da doğal buz dikenlerinin oluşumuyla benzerdir: Küpün iç kısmındaki su donup genleştikçe henüz sıvı durumdaki suyun üzerindeki basınç artar ve su, üst yüzeyde kalan açıklıktan dışarı itilir.
Büyüyen buz tüpünün ucundaki su damlası tamamen donduğunda tüpün uzaması sona erer. Bu genellikle buz küpünün içindeki suyun tamamı donmadan önce gerçekleşir. Bu yöntemle elde edilen buz dikenleri çoğunlukla sivri uçlu olup enine kesitleri yuvarlak veya üçgen biçimindedir.
Laboratuvar deneyleri, damıtılmamış suyla hazırlanan buz küplerinde diken oluşma olasılığının daha düşük olduğunu göstermiştir. Bunun nedeni, suda çözünmüş yabancı maddelerin kristallerin gelişmesini engellemesidir.
Bununla birlikte musluk suyu, yağmur suyu ve çeşitli doğal su kaynakları yabancı maddeler içerdiği hâlde, doğada buz dikenlerinin oluşabilmesi henüz bütünüyle açıklığa kavuşmamıştır.
Libbrecht ve Lui'nin araştırmalarına göre buzdolabında oluşan küçük buz dikenlerinde, suyun içindeki yabancı maddeler tüpün tepesindeki henüz donmamış küçük damlada giderek birikir. Bu birikim, suyun donma hızını düşürerek dikenin büyümesini yavaşlatır. Araştırmacılar, doğada ender olarak görülen çok büyük buz dikenlerinin gelişebilmesi için söz konusu maddeleri büyüyen tüpün ucundan uzaklaştıran başka bir mekanizmanın bulunması gerektiğini düşünmektedir.
Olası açıklamalardan biri, yabancı maddelerin daha yavaş donan küçük bölgelerde toplanmasıdır. Bir başka olasılık ise taşınım akımlarının, tüpün tepesindeki suyu alttan gelen daha temiz suyla sürekli olarak değiştirmesidir. Küçük ve yapay olarak üretilen dikenlerde etkisi önemsiz olabilecek bu tür akımların, büyük doğal buz dikenlerinin oluşumunda rol oynaması mümkündür.
Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünde yürütülen çalışmalar, bu olayın daha iyi anlaşılmasını sağlayabilecek yeni deneyler için de yol göstermiştir.
↑Bu olguyu araştıran Kenneth G. Libbrecht, bazı musluk sularıyla hazırlanan buz küplerinde neden kolaylıkla buz dikeni oluştuğunu henüz açıklayamadığını belirtmiştir.
↑Kirk, Harold. "Due North". Harbor Creek Historical Society Newsletter. Toronto Üniversitesi. 7 Kasım 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Ocak 2013.
.jpg)
