دانشمندان شکل جدیدی از یخ را کشف کردند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازسای تک دیلی ، مطالعه آنها نشان می‌دهد که هسته‌ یخ می‌تواند در نزدیکی سطح قطرات آب به دلیل ساختار‌های یخ 0-مانند رخ دهد و یکی از طولانی‌ترین مباحث علمی دنیا را به نتیجه برساند.

این یافته‌ها نتایج قابل توجهی برای زمینه‌های مختلف ازجمله مطالعات اقلیم و علوم غذایی، با افزایش درک ما از تشکیل یخ در پی دارند.

یخ بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که بیشتر مردم تصور می‌کنند و دانشمندان توانسته اند بیش از ۲۰ نوع مختلف یخ را شناسایی کنند که تحت ترکیب‌های مختلف فشار و دما تشکیل شده اند. 

نوعی که ما برای خنک کردن نوشیدنی‌های خود استفاده می‌کنیم، به نام ice I شناخته می‌شود، یکی از معدود اشکالی است که به طور طبیعی روی زمین وجود دارد. به تازگی، محققان ژاپنی نوع دیگری را کشف کردند: یخ 0، شکل غیرمعمولی از یخ که می‌تواند آغازگر تشکیل کریستال‌های یخ در آب فوق سرد باشد.

تشکیل یخ در نزدیکی سطح آب مایع می‌تواند از پیش ساز‌های بلورین ریزی با ساختاری شبیه به نوع کمیابی از یخ به نام «یخ 0» شروع شود.

پژوهشگران موسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو نشان دادند این ساختار‌های یخی 0-مانند می‌توانند باعث یخ زدن قطره آب در نزدیکی سطح خود شوند تا در هسته آن. این کشف با حل یک معمای دیرینه، می‌تواند به بازتعریف درک ما از چگونگی شکل گیری یخ کمک کند.

فرایند نطفه تبلور

تبلور یخ که به عنوان «نطفه تبلور» شناخته می‌شود، معمولا به صورت ناهمگن یا به عبارت دیگر در یک سطح جامد اتفاق می‌افتد. معمولا انتظار می‌رود این اتفاق در سطح ظرف آب، جایی که مایع با جامد ملاقات می‌کند، اتفاق بیفتد. با این حال، این تحقیقات جدید نشان می‌دهد که تبلور یخ می‌تواند درست در زیر سطح آب، جایی که با هوا برخورد می‌کند، رخ دهد. در اینجا، یخ در اطراف پیش ساز‌های کوچک با همان ساختار حلقه‌ای شکل مشخص موسوم به یخ 0، توده تشکیل می‌دهد.

«گانگ سون» «Gang Sun» مجری این پژوهش می‌گویند: «شبیه سازی‌ها نشان داده اند یک قطره آب در شرایط همدما بیشتر در نزدیکی سطح آزاد متبلور می‌شود. این یافته بحث دیرینه در مورد اینکه آیا تبلور به راحتی در سطح رخ می‌دهد یا در داخل، حل می‌کند.»

پیش ساز‌های یخ 0

پیش ساز‌های یخ 0 ساختاری بسیار شبیه به آب فوق خنک 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. پیش ساز‌های کوچک یخ 0 به طور خود به خود در نتیجه اثرات فشار منفی ناشی از کشش سطحی آب تشکیل می‌شوند. هنگامی که تبلور از این پیش ساز‌ها شروع می‌شود، ساختار‌های مشابه یخ 0 به سرعت خود را به یخ آشناتر I مرتب می‌کنند.

«هاجیمه تاناکا» «Hajime Tanaka» از دیگر محققان این پروژه با تاکید بر نتایج گسترده این مطالعه اظهار داشت: «پیش بینی می‌شود یافته‌های مربوط به سازوکار تبلور سطحی آب به طور چشمگیری در زمینه‌های مختلف، از جمله مطالعات اقلیم و علوم غذایی، که در آن تبلور آب نقش مهمی دارد، کمک کند.»

درک دقیق‌تر یخ و نحوه تشکیل آن می‌تواند بینش ارزشمندی را در زمینه‌های مختلف مطالعه ارائه کند. این کار ممکن است اهمیت خاصی مثلا در هواشناسی داشته باشد، جایی که تشکیل یخ از طریق پیش ساز‌های یخ 0-مانند ممکن است تاثیر بسیار قابل توجهی بر قطرات کوچک آب مانند آنچه در ابر‌ها یافت می‌شود می‌گذارند. درک یخ می‌تواند در فناوری نیز مزایایی داشته باشد، از علوم غذایی گرفته تا تهویه مطبوع.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Communications منتشر شده است.