S-ar putea să ne așteptăm ca apa să se evapore mult mai repede decât gheața. În mod surprinzător, cercetătorii de la Universitatea din Amsterdam au demonstrat acum că, în cazul picăturilor mici de gheață, nu este așa: gheața și picăturile de apă dispar la fel de repede. Acest lucru explică un fapt pe care schiorii îl cunosc bine: zăpada proaspăt căzută este foarte diferită de zăpada veche de câteva zile. Rezultatele au fost publicate în Nature Communications în această săptămână.
Dacă punem un pahar cu apă pe o masă și așteptăm mult timp, ne așteptăm ca apa să se evapore, dar nu și paharul în sine, sau masa. Din experiența noastră, materialele solide nu se evaporă; prin urmare, ne așteptăm intuitiv ca nici gheața, de asemenea un solid, să nu se evapore în mod semnificativ. Cu toate acestea, un astfel de proces – cunoscut în terminologia fizicii sub denumirea de assublimare – are loc: schiorii știu, de exemplu, că, chiar dacă temperatura rămâne sub punctul de îngheț, câțiva centimetri de zăpadă pot dispărea în câteva zile.
Un rezultat surprinzător
Deși mult mai puțin studiată decât evaporarea lichidelor, sublimarea gheții solide are consecințe importante, deoarece are un impact asupra climei (deoarece gheața reflectă lumina soarelui), precum și asupra dimensiunii și formei particulelor de gheață din nori (producând fulgi de zăpadă, grindină și bulgăre de gheață) și este de o importanță capitală pentru formarea modelelor complexe de eroziune, cum ar fi penitentele de zăpadă din câmpurile de zăpadă de la altitudini mari.
În cercetarea care a fost publicată în Nature Communications săptămâna aceasta, fizicienii Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh și Daniel Bonn de la Universitatea din Amsterdam au studiat sublimarea picăturilor mici de gheață și a fulgilor de zăpadă. În mod surprinzător, ei au descoperit că, în aceleași condiții, sublimarea unei picături de gheață înghețată are loc la fel de repede ca și evaporarea aceleiași picături atunci când aceasta este compusă din apă lichidă.
Difuzia stabilește limita
Cercetătorii arată că acest efect surprinzător are loc deoarece, atât pentru apa lichidă, cât și pentru gheață, viteza de evaporare este limitată de procesul de difuzie: modul în care vaporii de apă rezultați se răspândesc lent prin aer. Această concluzie este valabilă pentru picăturile de gheață, dar și pentru fulgii de zăpadă: aceștia devin mai rotunjiți în timpul sublimării (vezi figura); un proces care a fost atribuit anterior influenței structurii cristaline subiacente. Cercetătorii susțin acum că această structură cristalină nu este atât de importantă pe cât se credea anterior: argumentele lor de difuzie sunt suficiente pentru a explica cantitativ evoluția formelor fulgilor de zăpadă observate în experimente.
Rezultatele explică, prin urmare, diferența dintre zăpada proaspăt căzută și zăpada veche de câteva zile. Dar concluziile nu sunt interesante doar pentru cei care iubesc să schieze, deoarece aplicațiile nu se limitează la picăturile de gheață sau la fulgii de zăpadă. Descoperirile se aplică în egală măsură la dizolvarea cristalelor mici, deoarece dinamica acestora este guvernată de aceeași fizică. Astfel, rezultatele pot fi aplicate și în controlul dimensiunii și formei nanoparticulelor și a cristalelor de sare sau al ratei de dizolvare a produselor farmaceutice.
Mai multe informații: Etienne Jambon-Puillet et al. Singular sublimation of ice and snow crystals (Sublimarea singulară a cristalelor de gheață și de zăpadă), Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-06689-x
Informații despre jurnal: Nature Communications
Furnizat de Universitatea din Amsterdam
.