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, forskere fra University of Amsterdam har nu vist, at for små isdråber, dette er ikke tilfældet:is og vanddråber forsvinder lige hurtigt. Dette forklarer en kendsgerning, som skiløbere godt ved:nyfalden sne er meget forskellig fra sne, der er et par dage gammel. Resultaterne blev offentliggjort i Naturkommunikation denne uge.

Hvis vi sætter et glas vand på bordet og venter i lang tid, vi forventer, at vandet fordamper, men ikke selve glasset, eller bordet. Efter vores erfaring, faste materialer fordamper ikke; vi forventer derfor intuitivt is, også en solid, for heller ikke at fordampe nævneværdigt. Alligevel, sådan en proces - kendt i fysik terminologi assublimation - sker:skiløbere ved, for eksempel, at selvom temperaturen forbliver under frysepunktet, et par centimeter sne kan forsvinde på et par dage.

Et overraskende resultat

Selvom det er meget mindre undersøgt end fordampning af væsker, sublimering af fast is har vigtige konsekvenser, da det påvirker klimaet (da is reflekterer sollys) samt størrelsen og formen af ​​ispartikler i skyer (producerer snefnug, hagl og ispiller) og er af afgørende betydning for dannelsen af ​​komplekse erosionsmønstre såsom snepenitentes i snefelter i store højder.

I forskning, der blev offentliggjort i Naturkommunikation denne uge, fysikere Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh og Daniel Bonn fra University of Amsterdam studerede sublimering af små isdråber og snefnug. Overraskende nok, de fandt, at under de samme betingelser, sublimeringen af ​​en frossen isdråbe sker lige så hurtigt som fordampningen af ​​den samme dråbe, når den er sammensat af flydende vand.

Diffusion sætter grænsen

Forskerne viser, at denne overraskende effekt sker, fordi både for flydende vand og for is, fordampningshastigheden er begrænset af diffusionsprocessen:den måde, hvorpå den resulterende vanddamp spredes langsomt gennem luften. Denne konklusion gælder for isdråber, men også for snefnug:disse bliver mere afrundede under sublimering (se figur); en proces, der tidligere blev tilskrevet påvirkningen af ​​den underliggende krystallinske struktur. Forskerne hævder nu, at denne krystallinske struktur ikke er så vigtig, som man tidligere troede:deres diffusionsargumenter er tilstrækkelige til kvantitativt at forklare udviklingen af ​​snefnugsformer observeret i eksperimenter.

Resultaterne forklarer derfor forskellen mellem nyfalden sne og få dage gammel sne. Men konklusionerne er ikke kun interessante for dem, der elsker at stå på ski, da anvendelserne ikke er begrænset til isdråber eller snefnug. Resultaterne gælder også for opløsning af små krystaller, da deres dynamik er styret af den samme fysik. Dermed, resultaterne kan også anvendes til at kontrollere størrelsen og formen af ​​nanopartikler og saltkrystaller eller opløsningshastigheden af ​​lægemidler.