A tudósok a jég szokatlan új formáját fedezték fel

Japán kutatók felfedezték a jég új formáját, az ice-0-t, amely segíthet jégkristályok képződésében a túlhűtött vízben. Tanulmányuk feltárja, hogy a jég-0-szerű struktúrák miatt a vízcseppek felszíne közelében jégmagképződés fordulhat elő, ami megoldja a régóta tartó vitát. Ezek az eredmények fontos hatással vannak különböző területekre, beleértve az éghajlati tanulmányokat és az élelmiszertudományt, mivel javítják a jégképződés megértését.

A jég összetettebb, mint azt a legtöbb ember gondolná, a tudomány több mint húsz különféle jégfajtát azonosított, amelyek a nyomás és a hőmérséklet különböző kombinációi mellett képződnek. Az italok hűtésére használt típus, az úgynevezett első jég, azon kevés formák egyike, amelyek természetesen előfordulnak a Földön. A közelmúltban japán kutatók egy másik típust fedeztek fel: a jég 0-t, a jég egy szokatlan formáját, amely a túlhűtött vízben jégkristályokat tud képezni.

A jégképződés a folyékony víz felszíne közelében apró kristályos prekurzorokból indulhat ki, amelyek szerkezete hasonló a jég ritka típusához, az úgynevezett jég 0-hoz. Egy nemrégiben megjelent tanulmányban Nature CommunicationsA Tokiói Egyetem Ipartudományi Intézetének „Jégvédelmi Tudomány” Társadalmi Együttműködési Kutatási Osztályának kutatói kimutatták, hogy ezek a jégszerű szerkezetek egy csepp víz megfagyását okozhatják a felszín közelében, nem pedig a magjában. Ez a felfedezés egy régóta fennálló rejtélyt old meg, és segíthet újraértelmezni a jégképződésről alkotott ismereteinket.

A jégképződés folyamata

A jégkristályosodás, más néven jégmagképződés, általában heterogén módon, vagy más szóval szilárd felületen megy végbe. Ez általában a víztartály felületén történik, ahol a folyadék találkozik a szilárd anyaggal. Ez az új kutatás azonban azt mutatja, hogy a jégkristályosodás közvetlenül a víz felszíne alatt is megtörténhet, ahol az találkozik a levegővel. Itt a jég olyan kis prekurzorok körül kristályosodik ki, amelyeknek ugyanolyan jellegzetes kör alakú szerkezetük van, mint a 0 jégnek.

„A szimuláció azt mutatta, hogy a vízcseppek nagyobb valószínűséggel kristályosodnak ki a szabad felszín közelében izotermikus körülmények között. Ez megoldja azt a régóta tartó vitát, hogy a kristályosodás a felszínen vagy belül könnyebben megy-e végbe” – mondja Gang Sun, a tanulmány vezető szerzője. .

A Tokiói Egyetem Ipartudományi Intézetének kutatói felfedezték, hogy a jég a víz felszíne közelében a közelmúltban felfedezett ritka jégtípusra emlékeztető szerkezeteken keresztül kezd kialakulni, ami segít jobban megérteni a jégképződést. Forrás: Institute of Industrial Science, University of Tokyo

Jég prekurzorai 0

Az Ice 0 elődeinek szerkezete nagyon hasonlít a túlhűtött vízhez, így a vízmolekulák könnyebben kristályosodhatnak ki belőle anélkül, hogy közvetlenül a normál jég szerkezetébe kellene alakítaniuk magukat. A víz felületi feszültsége által okozott negatív nyomás hatására spontán módon keletkeznek kis jégprekurzorok. Amint a kristályosodás megkezdődik ezekből a prekurzorokból, a jég 0-szerű struktúrák gyorsan átrendeződnek a gyakoribb jég I-be.

Hajime Tanaka, a vezető szerző hangsúlyozta e tanulmány széleskörű következményeit, megjegyezve, hogy „a vízfelület kristályosodásának mechanizmusára vonatkozó eredmények várhatóan jelentős mértékben hozzájárulnak különböző területekhez, beleértve a klímakutatást és az élelmiszertudományt, ahol a vízkristályosodás döntő fontosságú. szerep.”

A jég és a jég képződésének részletesebb megértése felbecsülhetetlen értékű betekintést nyújthat számos tanulmányi területbe. Ez a munka különösen érdekes lehet például a meteorológiában, ahol a jégszerű 0 prekurzorok révén létrejövő jégképződés kifejezettebb hatást gyakorolhat a kis vízcseppekben, például a felhőkben. A jég megértése a technológiában is hasznos lehet, az élelmiszertudománytól a légkondicionálásig.

Hivatkozás: „Felszíni vízkristályosodás a negatív nyomású régiókban képződött prekurzorok miatt”, Gang Sun és Hajime Tanaka, 2024. július 26., Nature Communications.
doi: 10.1038/s41467-024-50188-1