Sublimeringen af fast is sker lige så hurtigt som fordampningen af flydende vand

Man kunne forvente, at vand fordamper meget hurtigere end is. Overraskende nok har forskere fra Amsterdams Universitet nu vist, at dette ikke er tilfældet for små isdråber: is og vanddråber forsvinder lige hurtigt. Dette forklarer en kendsgerning, som skiløbere godt kender: nyfalden sne er meget forskellig fra sne, der er et par dage gammel. Resultaterne blev offentliggjort i Nature Communications i denne uge.

Hvis vi stiller et glas med vand på et bord og venter i lang tid, forventer vi, at vandet fordamper, men ikke selve glasset eller bordet. Ifølge vores erfaring fordamper faste materialer ikke; vi forventer derfor intuitivt, at is, som også er et fast stof, heller ikke fordamper nævneværdigt. Ikke desto mindre sker en sådan proces – kendt som assublimation i fysikkens terminologi – faktisk: skiløbere ved f.eks., at selv om temperaturen forbliver under frysepunktet, kan et par centimeter sne forsvinde i løbet af et par dage.

Et overraskende resultat

Og selv om sublimeringen af fast is er langt mindre undersøgt end fordampningen af væsker, har sublimeringen af fast is vigtige konsekvenser, da den påvirker klimaet (da is reflekterer sollyset) samt størrelsen og formen af ispartikler i skyer (der danner snefnug, haglkorn og ispiller) og er af afgørende betydning for dannelsen af komplekse erosionsmønstre som f.eks. snepenitenter i snefelter i store højder.

I forskning, der blev offentliggjort i Nature Communications i denne uge, har fysikerne Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh og Daniel Bonn fra Amsterdams Universitet undersøgt sublimeringen af små isdråber og snefnug. Overraskende nok fandt de, at under de samme betingelser sker sublimeringen af en frossen isdråbe lige så hurtigt som fordampningen af den samme dråbe, når den består af flydende vand.

Diffusion sætter grænsen

Forskerne viser, at denne overraskende effekt opstår, fordi fordampningshastigheden både for flydende vand og for is er begrænset af diffusionsprocessen: den måde, hvorpå den resulterende vanddamp langsomt spredes i luften. Denne konklusion gælder for isdråber, men også for snefnug: disse bliver mere runde under sublimeringen (se figuren); en proces, som tidligere blev tilskrevet indflydelsen fra den underliggende krystallinske struktur. Forskerne hævder nu, at denne krystallinske struktur ikke er så vigtig, som man tidligere har troet: deres diffusionsargumenter er tilstrækkelige til kvantitativt at forklare udviklingen af de snefnugsformer, der er observeret i eksperimenterne.

Resultaterne forklarer således forskellen mellem nyfalden sne og sne, der er nogle få dage gammel. Men konklusionerne er ikke kun interessante for dem, der elsker at stå på ski, da anvendelsesmulighederne ikke er begrænset til isdråber eller sneflager. Resultaterne gælder i lige så høj grad for opløsning af små krystaller, da deres dynamik er styret af den samme fysik. Resultaterne kan således også anvendes til at kontrollere størrelsen og formen af nanopartikler og saltkrystaller eller opløsningshastigheden af lægemidler.