نخستین اندازه‌گیری سرعت تشکیل یخ توسط محققان

محققان برای نخستین بار توانستند بطور مستقیم سرعت بلوری شدن آب به شکل یخ را با کمک مدل واقعی رایانه‌ای از مولکول‌های آب، اندازه‌گیری کنند.



به گزارش سرویس علمی ایسنا، این شبیه‌سازی‌ها که توسط ابررایانه‌ها انجام شده، نحوه سازوکار تبدیل آب را از حالت مایع به بلور جامد، روشن می‌کند.

درک نحوه تشکیل یخ، دانش ما را نسبت به نحوه تاثیرگذاری سرما بر سامانه‌های زنده و غیرزنده، ازجمله واکنش سلول‌های زنده به سرما و چگونگی تشکیل یخ درون ابرها در ارتفاعات بالا، افزایش می‌دهد.

کسب اطلاعات دقیق‌تر درباره مراحل اولیه انجماد، می‌تواند در نهایت به بهبود مدل‌های اقلیمی و پیش‌بینی وضع هوا کمک کرده و اطلاعاتی برای ساخت مواد بهتر به منظور بارورکردن ابرها و افزایش بارندگی در اختیارمان قرار دهد.

امیر حاج اکبری، دانشیار پژوهشی فوق‌دکترای دانشگاه پرینستون به همراه پابلو دبندتی، استاد مهندسی زیستی و شیمیایی در پژوهش خود، فرآیند کاهش دما را مورد بررسی قرار دادند که طی آن، مولکول‌های آب به یکدیگر پیوسته و حبابی از یخ جامد را درون مایع اطرافشان می‌سازند.

این حباب‌های کوچک یخی معمولا پس از تشکیل، به سرعت ناپدید می‌شوند. گاهی حبابی موسوم به «هسته حیاتی» که به اندازه کافی بزرگ شده، ظاهر می‌شود که پایداری لازم را برای ذوب نشدن و رشد دارد.

فرآیند تشکیل چنین هسته‌هایی، جوانه‌زنی نامیده می‌شود.

محققان برای بررسی این فرآیند، از مدل رایانه‌ای مولکول آب استفاده کردند که در آن، دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن (مثل مولکول واقعی آب) وجود دارد.

حاج اکبری و تیمش با بهره‌گیری از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، میانگین مقدار زمان تشکیل اولین هسته را در دمای تقریبی منفی 43 درجه سلسیوس، محاسبه کردند که مشابه شرایط درون ابرها در ارتفاعات بالا است.

آن‌ها دریافتند که میانگین زمان تشکیل یک هسته حیاتی در یک متر مکعب آب خالص، حدود یک میلیونیم ثانیه است.

حاج اکبری اظهار کرد: اهمیت اصلی این کار در آن است که محاسبه سرعت جوانه‌زنی(سرعت شکل‌گیری هسته) برای مدل‌های نسبتا دقیق آب ممکن است.

نتایج این تحقیق در مجله PNAS منتشر شده است.

منبع :

همایش جمع بندی فیزیک بخش پنجم (فیزیک اتمی)
  برای شرکت در کلاس کلیک کنید( چهارم تجربی)
دبیر : حامد چقادی