Forskere logger nyfunden forståelse af farvands reaktioner på skiftende temperaturer

Et team af kemikere har afdækket nye måder, hvorpå frosset vand reagerer på temperaturændringer for at producere nye formationer. Dens resultater har konsekvenser for klimaforskning såvel som andre processer, der involverer isdannelse - fra fødevarekonservering til landbrug.

"Frysning og smeltning af is er blandt de mest almindelige begivenheder på Jorden, "forklarer Michael Ward, en professor i kemi ved New York University og en af ​​medforfatterne af papiret, som fremgår af journalen Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ). "Disse processer er overraskende komplekse, imidlertid, og er ikke godt forstået på grund af antallet af involverede variabler. Vores fund afslører nogle usædvanlige dynamiske egenskaber ved isoverflader i kontakt med flydende vand, når de isotopiske sammensætninger af faststof og væske er forskellige. "

Papirets andre forfattere omfatter Ran Drori, en adjunkt ved Yeshiva University; Miranda Holmes-Cerfon, en adjunkt ved NYU's Courant Institute of Mathematical Sciences; Bart Kahr, en professor i NYU's Institut for Kemi; og Robert Kohn, en professor i NYU's Courant Institute.

At forstå dynamikken i iskrystallisation - ellers kendt som isdannelse - er afgørende i ikke kun klimaforskning, men også i flere brancher:afbødning af frostskader i landbrug og byggeri, optimering af fødevarekonservering, og forstå dens indvirkning på veje, landingsbaner, og skinner.

I PNAS undersøgelse, forskerne fokuserede på flere former for vand, og, i særdeleshed, vand, der indeholder forskellige isotoper af brint - deres forskelle i neutronantal producerer sondringer i atommasse. Disse former omfattede lys, eller "normalt, "vand (H2O) og" tungt vand "(D2O), med deuterium (D) forøgelse af vandmassen sammenlignet med normalt vand.

Det har længe været kendt, at forskellige isotoper giver forskellige egenskaber til disse forskellige slags vand - især forskellige smeltepunkter. H2O begynder at smelte ved nul grader Celsius (32 grader Fahrenheit), mens D2O gør det ved 3,8 grader Celsius (næsten 39 grader Fahrenheit).

Variationen i smeltepunkt er signifikant. For eksempel, Antarktiske eller grønlandske iskerner består af både H2O og D2O. Som resultat, de var frosne, og smelte, ved forskellige temperaturer. Denne ejendom bruges til at estimere globale temperaturer i løbet af de sidste årtusinder.

Dette rejser det spørgsmål, forskerne fokuserede på:Hvad sker der, når vandtyper med forskellige fryse- og smeltepunkter interagerer?

Her, forskerne fandt ud af, at under forhold, hvor temperaturen blev kontrolleret præcist, overfladen af ​​en D2O -krystal, der kommer i kontakt med væske H2O, antog et skalet udseende med disse "bølgelignende" funktioner, der oscillerer i timevis.

Selvom NYU -teamet ikke kunne simulere alle aspekter af de oscillerende funktioner, de spekulerede i, at de afspejler en række fænomener:et komplekst samspil mellem udveksling af let vand til tungt vand i krystallen, små forskelle i smeltetemperaturen langs den skalede grænseflade, og varmeoverførsel langs den bølgelignende skallede isoverflade.

"Hvis disse processer kan afsløres fuldstændigt, det kan fremme vores forståelse af isens egenskaber, der er vigtige på mange arenaer, herunder klimaforskning, frostskader i landbrug og byggeri, gletsjerdynamik, og fødevarekonservering, "bemærker Ward.