Buzlu Bir Gizem Bilim Adamlarını Onlarca Yıldır Şaşkınlaştırdı; Bu Araştırmacı Çözümü Bulabilir

Universidad Complutense de Madrid'den bir bilim insanı, buz ve buz kristallerinin aldığı farklı şekiller hakkında uzun süredir devam eden bir gizemi çözdüğüne inanıyor ve bu durum, araştırmacıları onlarca yıldır şaşırtıyor.

Araştırmacı Luis MacDowell'e göre ince bir tabaka sıvı su Donmuş su buzunun yüzeyindeki "ön erime filmi" adı verilen film, buz kristallerinin farklı hızlarda oluşmasına neden olur ve buz kristallerinin büyüme hızlarına bağlı olarak çeşitli şekiller almasına neden olur.

MacDowell teoriyi buz dinamiği çalışmalarına uygulamayı umuyor Dünyanın atmosferi. İspanyol araştırmacı ayrıca, konseptinin buzla ilgili uzun süredir devam eden bir başka gizemi de çözebileceğini öne sürüyor: buz pateninin nasıl çalıştığı.

Teklifi detaylandıran bir açıklamada MacDowell, buzu birkaç ana kategoriye ayırıyor. Örneğin, ev tipi bir dondurucuda oluşan buz kristalleri, kar oluşturmak üzere birleşenlerden veya donmuş bir havuzun üzerinde oluşabilecek buz tabakasından yapısal olarak farklıdır.

Yine de bilim insanları, bazı buz kristallerinin neden prizma, tıknaz altıgen veya düz plaka şeklinde olduğunu, diğerlerinin ise Yunan sütunları gibi şekillendirilebildiğini açıklayamadı. MacDowell'a göre araştırmacılar bu keskin farklılıkları ilk kez gözlemlediklerinde fizikçi Michael Faraday'ın teorik tahminlerinin doğru olduğunu öne sürdüler. Erime noktasının altındaki buz bile yüzeyinde mikroskobik derecede ince bir sıvı su tabakasını desteklemeye devam edecektir.

Ne yazık ki, önceden eriyen film teorisini doğrulamak veya çürütmek için deneyler tasarlayan bilim adamları, çelişkili kanıtlar buldular. Örneğin, bazı çalışmalar buz kristalleri üzerindeki su katmanının tek bir kalınlık ölçümünü bildirirken, diğerleri farklı bir kalınlık raporladı. Başka bir dizi çalışma, önceden eriyen bir film olduğuna dair hiçbir kanıt bulamadı.

Buzla ilgili uzun süredir devam eden gizemi çözmek için MacDowell, buharın, sıvı suyun ve buzun geniş bir sıcaklık ve basınç aralığında nasıl var olduğunu gösteren geleneksel buz faz diyagramıyla işe başladı. Araştırmacı özellikle üç fazın hepsinin buluştuğu, eşit derecede kararlı olduğu ve mükemmel dengede var olduğu, üçlü nokta adı verilen noktaya odaklandı.

MacDowell, buz yüzeyindeki moleküllerin hareketini görselleştirmek için bilgisayar simülasyonlarında bu üçlü noktayı modellediğinde, aniden nanometrelik bir sıvı su filmi ortaya çıktı. Yine de önceki deneyler farklı kalınlıklar ortaya çıkarmış ve buzla ilgili uzun süredir devam eden gizemi çözümsüz bırakmıştı.

Yeni makalesinde MacDowell, modelinin muhtemelen doğru olduğunu ve farklı kalınlıklarda ön erime filmi bildiren gerçek dünya çalışmalarının gerçek faz dengesini elde edemediğini öne sürüyor.

Araştırmacı "Denge bir noktadır" diye açıkladı. "Olabildiğiniz kadar yakınsınız ama asla sadece orada değilsiniz. En ufak bir sapma bile dengeyi yeterince bozabilir ve bu şeyleri ölçmeyi çok zorlaştırabilir."

MacDowell'in çözümünde, suyun "olağandışı yoğunluk özellikleri" nedeniyle fazlar dengeye yaklaştığında ön eritme filmi belirli bir kalınlıkla sınırlandırılır. Araştırmacı özellikle katı buzun sıvı H2O'ya göre "enerjik olarak tercih edilebilir bir durum" olduğunu söyledi. Sıvı su filminin bu hassas kalınlıkta olması, aşağıda oluşan kristallerin büyüme hızını doğrudan etkiler.

MacDowell, "Kar kristallerinin şeklindeki bu geçiş dizisi, buz yüzeyinde meydana gelen erime öncesi film kalınlığındaki değişikliklerle ilgilidir" diye açıkladı. "Yüzey fazı geçişleri sergiliyor ve her geçişte, yüzlerin özelliklerinde ve büyüme hızında ani bir değişiklik oluyor."

Sonuç olarak, buzun çeşitli taraflarındaki farklı büyüme oranları, farklı nihai şekiller verir. Sonuçta, MacDowell'in teorisi Faraday'ın teorisiyle aynı hizada olup, buzun uzun süredir devam eden gizemine çözüm olarak ön eritme filmi konsepti için daha sağlam bir temel sağlıyor.

Araştırmacı, çözümünün olası uygulamalarını tartışırken, konseptinin atmosfer ve sürtünme bilimine uygulanabileceğini öne sürdü. Kendi planlarına gelince, MacDowell sürtünmenin buzun kayganlığını nasıl etkilediğini ve buzdaki yabancı maddelerin yeniden eriyen filmin kalınlığını nasıl etkileyebileceğini araştırmaya hazırlanıyor. Araştırmacı ayrıca teorisini potansiyel olarak buz pateninin nasıl çalıştığını çözmek için kullanmayı ve böylece buzla ilgili uzun zamandır devam eden başka bir gizemi çözmeyi planladığını söyledi.

Çalışma “Buzun önceden eritilmesinin temel fiziği” The Journal of Chemical Physics'te yayınlandı.

Christopher Plain, Bilim Kurgu ve Fantazi roman yazarı ve The Debrief'te Baş Bilim Yazarıdır. Onu takip edin ve onunla bağlantı kurun X, onun kitapları hakkında bilgi edinin plainfiction.comveya doğrudan şu adrese e-posta gönderin: [email protected].