دانشمندان شکل جدیدی از یخ کشف کردند

محققان ژاپنی نوع جدیدی از یخ به نام «یخ 0» را کشف کرده‌اند، که می‌تواند شروع به تشکیل کریستال‌های یخ در آب فوق ‌سرد کند.

به گزارش تک‌ناک، مطالعه این محققان نشان می‌دهد که تشکیل هسته اولیه یخ می‌تواند در نزدیکی سطح قطرات آب به دلیل وجود ساختارهای مشابه یخ 0 رخ دهد. این نتایج تأثیرات مهمی در زمینه‌های مختلفی از جمله مطالعات اقلیمی و علوم غذایی دارد و به درک ما از تشکیل یخ کمک می‌کند.

یخ بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که بیشتر مردم تصور می‌کنند. تاکنون بیش از 20 نوع مختلف یخ شناسایی شده‌ است، که با ترکیب‌های مختلف فشار و دما تشکیل شده‌اند. نوع یخی که ما برای خنک کردن نوشیدنی‌‌های خود استفاده می‌کنیم، به نام ice I شناخته می‌شود و یکی از معدود اشکالی است که به طور طبیعی روی زمین وجود دارد.

تشکیل یخ در نزدیکی سطح آب مایع می‌تواند از پیش‌سازهای کریستالی کوچک با ساختاری شبیه به نوع کمیاب یخ به نام یخ 0 شروع شود. در مطالعه‌ای که به تازگی در Nature Communications منتشر شده است، محققان دانشگاه توکیو نشان دادند که این ساختارهای یخی 0‌مانند می‌توانند به جای یخ زدن هسته، باعث یخ زدن قطره آب در نزدیکی سطح خود شوند. این کشف یک معمای دیرینه را حل می‌کند و می‌تواند به بازتعریف درک ما از چگونگی شکل‌گیری یخ کمک کند.

فرآیند تشکیل هسته اولیه یخ

تبلور یخ که به عنوان تشکیل هسته اولیه یخ شناخته می‌شود، اغلب به صورت ناهمگن یا به عبارت دیگر در یک سطح جامد رخ می‌دهد. در اکثر مواقع انتظار می‌رود این اتفاق در سطح ظرف آب، جایی که مایع با جامد برخورد دارد، این اتفاق بیفتد. با وجود این، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که تبلور یخ می‌تواند درست در زیر سطح آب، یعنی جایی که با هوا برخورد می‌کند، رخ دهد. در اینجا، یخ در اطراف پیش‌سازهای کوچک با همان ساختار حلقه‌ای شکل مشخص مانند یخ 0 می‌شود.

گانگ سان، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که یک قطره آب در شرایط همدما بیشتر در نزدیکی سطح آزاد متبلور می‌شود. این موضوع یک بحث طولانی‌مدت در مورد اینکه آیا تبلور به راحتی در سطح رخ می‌دهد یا در هسته را حل می‌کند.»

پیش‌سازهای یخ 0

پیش‌سازهای یخ 0 ساختاری بسیار شبیه به آب فوق سرد دارند و به مولکول‌های آب اجازه می‌دهند تا با سهولت بیشتری از آن متبلور شوند، بدون اینکه نیازی به تشکیل مستقیم خود در ساختار یخ معمولی داشته باشند.

پیش‌سازهای کوچک یخ 0 به شکل خودکار در نتیجه اثرات فشار منفی ناشی از کشش سطحی آب تشکیل می‌شوند. هنگامی که تبلور از این پیش‌سازها شروع می‌شود، ساختارهای مشابه یخ 0 به سرعت خود را به یخ آشناتر I مرتبت می‌کنند.

هاجیمه تاناکا یکی دیگر از نویسندگان عنوان کرد: «انتظار می‌رود این یافته‌های مربوط به مکانیسم تبلور سطحی آب به طور قابل‌توجهی در زمینه‌های مختلف، از جمله مطالعات آب و هوا و علوم غذایی، که در آنها تبلور آب نقش مهمی دارد، کمک کند.»

درک دقیق‌تر یخ و شیوه تشکیل آن می‌تواند بینش ارزشمندی را در زمینه‌های مختلف به دست آورد. این کار دارای اهمیت خاصی در هواشناسی است، به عنوان مثال جایی که تشکیل یخ از طریق پیش‌سازهای یخ 0 می‌باشد و امکان دارد تأثیر بسیار قابل‌توجهی در قطرات کوچک آب، مانند آنچه در ابرها یافت می‌شود، داشته باشد. درک یخ در فناوری نیز مزایایی خواهد داشت، که از جمله آنها می‌توان به علوم غذایی و تهویه مطبوع اشاره کرد.