Відкрито нове джерело випаровування

Випаровування рідкої води в пару або туман – один з найбільш вивчених фізичних процесів на Землі.

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) вважають, що вони відкрили абсолютно нове джерело випаровування, і його трансформаційний вплив на рідку воду може затьмарити навіть вплив тепла.

Команда очікує скептицизму та спротиву, тому вже працює з іншими експертами, щоб підтвердити свої результати та гіпотези.

Якщо вони виявляться правими, їхнє відкриття докорінно змінить уявлення кліматологів про кругообіг води.

Ще з часів античної Греції філософи та математики розмірковували над тим, як крихітні краплі рідини можуть, здавалося б, дрейфувати в повітрі під час сходу Сонця.

Пізніші експерименти та розрахунки з використанням сучасного наукового методу виявили, що тепло є ключовим гравцем у цьому процесі.

Але високі температури можуть бути не єдиною силою, яка змушує молекули води рухатися.

Згідно з новими експериментами, світло саме по собі також може збивати молекулярні шкарпетки з рідкої води.

Це відкриття вирішує загадку, з якою математики стикалися протягом останніх кількох років: швидкість випаровування води просто не сходиться. Кількість тепла, яку поглинає вода, не завжди пояснює всю рідину, що втрачається в експериментах з випаровуванням.

Наприклад, в одному з досліджень 2022 року вчені виявили, що змогли досягти швидкості випаровування на 278 відсотків вище, ніж теплова межа рідкої води.

Дослідники з MIT спочатку скептично поставилися до цієї знахідки, але після власних експериментів зрозуміли, що тут має діяти якась інша сила. Дослідивши далі, команда виявила, що виробництво світла без тепла, за допомогою потоку фотонів, може випаровувати рідку воду в лабораторії.

Це дивовижне відкриття, адже хоча рідка вода має здатність поглинати теплову енергію, вона не поглинає багато світла. Ось чому ви можете бачити дно океану з висоти кількох метрів, коли там немає мулу і багато сонячного світла.

Випаровувальний ефект був продемонстрований лише в лабораторії з використанням гідрогелевого матеріалу, наповненого водою, як губка, але дослідники підозрюють, що подібний ефект може відбуватися на поверхні океану, хмар або туману.

Їхні експерименти включали в себе освітлення гідрогелю різними кольорами світла, а потім вимірювання того, яка частина його водної маси була втрачена.

Світло було екрановане, щоб воно не могло передавати тепло, але навіть при цьому дослідники спостерігали, як з матеріалу здіймалися клуби конденсату.

Білий конденсат на склі під дією зеленого світла випаровує гідрогель, насичений водою. (Ту та ін., PNAS, 2023)

Для порівняння, команда потім нагріла гідрогель без світла, використовуючи електрику.

Кількість води, яка випарувалася від тепла, ніколи не перевищувала теплової межі, але коли команда увімкнула і світло, і тепло, теплова межа була перевищена.

Дослідники з MIT вирішили назвати це явище “фотомолекулярним ефектом”.

Вони стверджують, що якщо світло без тепла дійсно може викликати випаровування, то процеси опріснення можуть використовувати це знання, щоб стати в три-чотири рази продуктивнішими, ніж зараз.

“Потенційно це може призвести до дешевого опріснення води”, – каже інженер-механік Ган Чен з Массачусетського технологічного інституту (MIT).

Як і будь-яка велика фундаментальна зміна в науці, ця, без сумніву, буде піддана ретельній перевірці. Інші команди вже розглядають власні спроби повторити отримані результати.

Тим часом команда з Массачусетського технологічного інституту вже отримала кілька грантів на вивчення того, як “фотомолекулярний ефект” може бути використаний для вдосконалення систем опріснення води та моделювання кліматичних змін.

Дослідження було опубліковане в PNAS..