Sublimace pevného ledu probíhá stejně rychle jako vypařování kapalné vody

Dalo by se očekávat, že voda se vypařuje mnohem rychleji než led. Vědci z Amsterodamské univerzity nyní překvapivě prokázali, že v případě malých kapiček ledu tomu tak není: led i kapičky vody mizí stejně rychle. To vysvětluje skutečnost, kterou lyžaři dobře znají: čerstvě napadaný sníh se velmi liší od sněhu starého několik dní. Výsledky byly tento týden publikovány v časopise Nature Communications.

Pokládáme-li sklenici s vodou na stůl a dlouho čekáme, očekáváme, že se voda vypaří, ale ne samotná sklenice nebo stůl. Podle našich zkušeností se pevné materiály nevypařují; intuitivně tedy očekáváme, že se výrazně nevypaří ani led, který je rovněž pevnou látkou. Přesto k takovému procesu – známému ve fyzikální terminologii jako asublimace – dochází: lyžaři například vědí, že i když teplota zůstává pod bodem mrazu, několik centimetrů sněhu může zmizet během několika dní.

Překvapivý výsledek

Ačkoli je sublimace pevného ledu mnohem méně prozkoumaná než vypařování kapalin, má důležité důsledky, protože ovlivňuje klima (protože led odráží sluneční záření) i velikost a tvar ledových částic v mracích (vznikají sněhové vločky, kroupy a ledové pelety) a má zásadní význam pro vznik složitých erozních obrazců, jako jsou sněhové polštáře ve vysokých nadmořských výškách.

Ve výzkumu, který byl tento týden publikován v časopise Nature Communications, fyzikové Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh a Daniel Bonn z Amsterodamské univerzity studovali sublimaci malých ledových kapek a sněhových vloček. Překvapivě zjistili, že za stejných podmínek probíhá sublimace zmrzlé ledové kapky stejně rychle jako vypařování téže kapky, pokud je tvořena kapalnou vodou.

Difúze určuje limit

Výzkumníci ukázali, že k tomuto překvapivému efektu dochází proto, že jak u kapalné vody, tak u ledu je rychlost vypařování omezena procesem difuze: způsobem, jakým se vzniklá vodní pára pomalu šíří vzduchem. Tento závěr platí nejen pro ledové kapky, ale také pro sněhové vločky: ty se během sublimace zaoblují (viz obrázek); tento proces byl dříve připisován vlivu základní krystalické struktury. Vědci nyní tvrdí, že tato krystalická struktura není tak důležitá, jak se dříve myslelo: jejich difuzní argumenty postačují ke kvantitativnímu vysvětlení vývoje tvarů sněhových vloček pozorovaných při experimentech.

Výsledky tedy vysvětlují rozdíl mezi čerstvě napadaným sněhem a sněhem starým několik dní. Závěry však nejsou zajímavé jen pro milovníky lyžování, protože jejich aplikace se neomezuje jen na ledové kapky nebo sněhové vločky. Závěry platí stejně tak pro rozpouštění malých krystalků, protože jejich dynamika se řídí stejnou fyzikou. Výsledky se tedy mohou uplatnit i při řízení velikosti a tvaru nanočástic a krystalů soli nebo rychlosti rozpouštění léčiv.