به گزارش باشگاه خبرنگاران جوان به نقل از space، دانستن چگونگی و چرایی تبدیل آب به یخ برای درک طیف وسیعی از فرآیند‌های طبیعی ضروری است. تغییرات آب و هوا، دینامیک ابر‌ها و چرخه آب همگی تحت تاثیر دگرگونی‌های آب-یخ هستند. همچنین زندگی حیوانات ساکن در شرایط یخبندان نیز بستگی به همین مورد دارد. به عنوان مثال، نوعی از قورباغه‌ها با اجازه دادن به بدنشان برای یخ زدن در زمستان در خشکی زنده می‌مانند. این به آن‌ها امکان می‌دهد سریعتر از سایر گونه‌ها از خواب زمستانی بیدار شوند. کریستال‌های یخ می‌توانند غشای سلولی را پاره کنند. حیوانات باید راهی برای جلوگیری از تشکیل یخ در سلول‌ها و بافت هایشان بیابند. قاعده کلی این است که آب در دمای ۳۲ درجه فارنهایت یا ۰ درجه سانتیگراد یخ می‌زند.

آب در واقع می‌تواند در محدوده‌ای از دما‌های سرد تحت شرایط خاصی مایع بماند. تا به حال اعتقاد بر این بود که این محدوده منفی ۳۶ درجه فارنهایت یا منفی ۳۸ درجه سانتیگراد است. باور عموم این است که کمتر از این دما آب باید یخ بزند. اما محققان موفق شدند قطرات آب را در حالت مایع در دمای منفی ۴۷.۲ درجه فارنهایت (منفی ۴۴ درجه سانتی‌گراد) نگه دارند. نتایج این مطالعه ۳۰ نوامبر در مجله Nature Communications منتشر شد.

راز موفقیت محققان در انجام آزمایش چه بود؟

دو کلید موفقیت آن‌ها وجود قطرات بسیار کوچک و سطح بسیار نرم آن‌ها بود. دانشمندان در این آزمایش با قطراتی از ۱۵۰ نانومتر و بزرگتر از یک ذره ویروس آنفولانزا و تشکیل دهنده خوشه‌ای از ۲۷۵ مولکول آب، شروع کردند. این طیف از اندازه قطرات باعث کشف نقش اندازه در تبدیل آب به یخ شد. هادی قاسمی استاد مهندسی مکانیک دانشگاه هیوستون گفت:" ما با پوشش تمام محدوده‌ها از جمله دما و اندازه قطرات قصد داشتیم تا متوجه شرایط تشکیل یخ شویم. ما دریافتیم که اگر قطرات آب با برخی مواد نرم پوشانده شود، دمای انجماد را می‌توان بسیار پایین آورد. ماده نرم این آزمایش اکتان بود. وجود قطرات روغن اکتان در منافذ به آن‌ها اجازه داد تا با فشار بیشتر شکل گردتری به خود بگیرند. این کار برای جلوگیری از تشکیل یخ در دما‌های پایین ضروری است."

چه ابزاری برای اندازه‌گیری لحظه و دمای دقیق تبدیل قطرات آب به یخ استفاده شد؟

محققان از معیار‌های رسانایی الکتریکی و نور ساطع شده در طیف مادون قرمز برای اندازه‌گیری لحظه و دمای دقیق تبدیل قطرات آب به یخ استفاده کردند. یخ رساناتر از آب است. آن‌ها دریافتند که برای تشکیل یخ قطره باید سردتر و کوچکتر باشد. همچنین برای قطرات ۱۰ نانومتری و کوچکتر، سرعت تشکیل یخ به طور چشمگیری کاهش می‌یابد. در کوچکترین قطرات اندازه‌گیری شده تا زمانی که آب به دمای منفی ۴۴ درجه سانتی‌گراد نرسیده بود، یخ تشکیل نشد. این کشف می‌تواند به جلوگیری از یخ زدگی مواد ساخت بشر، مانند سیستم‌های انرژی کمک کند.

بیشتر بخوانید

• آغاز زودهنگام افزایش دمای آب در اقیانوس منجمد شمالی

انتهای پیام/