Man kan förvänta sig att vatten förångas mycket snabbare än is. Förvånande, forskare från universitetet i Amsterdam har nu visat att för små isdroppar, så är inte fallet:is- och vattendroppar försvinner lika snabbt. Detta förklarar ett faktum som skidåkare vet väl:nyfallet snö skiljer sig mycket från snö som är några dagar gammal. Resultaten publicerades i Naturkommunikation Denna vecka.

Om vi ​​lägger ett glas vatten på ett bord och väntar länge, vi förväntar oss att vattnet avdunstar, men inte själva glaset, eller bordet. Enligt vår erfarenhet, fasta material avdunstar inte; vi förväntar oss därför intuitivt is, också en fast, att inte förångas nämnvärt. Ändå, en sådan process - känd inom fysikterminologi assublimering - händer:skidåkare vet, till exempel, att även om temperaturen förblir under fryspunkten, några centimeter snö kan försvinna på ett par dagar.

Ett överraskande resultat

Även om det är mycket mindre studerat än avdunstning av vätskor, sublimering av fast is får viktiga konsekvenser, eftersom det påverkar klimatet (eftersom is reflekterar solljuset) samt storleken och formen på ispartiklar i moln (producerar snöflingor, hagelstenar och ispellets) och är av yttersta vikt för bildandet av komplexa erosionsmönster som snöpenitentes i snöfält på stora höjder.

I forskning som publicerades i Naturkommunikation Denna vecka, fysiker Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh och Daniel Bonn från University of Amsterdam studerade sublimering av små isdroppar och snöflingor. Förvånande, de fann att under samma villkor, sublimeringen av en frusen isdroppe sker lika snabbt som avdunstningen av samma droppe när den består av flytande vatten.

Diffusion sätter gränsen

Forskarna visar att denna överraskande effekt händer eftersom både för flytande vatten och för is, förångningshastigheten begränsas av diffusionsprocessen:det sätt på vilket den resulterande vattenånga sprids långsamt genom luften. Denna slutsats gäller isdroppar, men också för snöflingor:dessa blir mer rundade under sublimering (se figur); en process som tidigare tillskrevs påverkan av den underliggande kristallina strukturen. Forskarna hävdar nu att denna kristallina struktur inte är så viktig som man tidigare trodde:deras diffusionsargument är tillräckliga för att kvantitativt förklara utvecklingen av snöflingans former som observerats i experiment.

Resultaten förklarar därför skillnaden mellan nyfallet snö och några dagars snö. Men slutsatserna är inte bara intressanta för dem som älskar att åka skidor, eftersom applikationerna inte är begränsade till isdroppar eller snöflingor. Fynden gäller likaså upplösning av små kristaller, eftersom deras dynamik styrs av samma fysik. Således, resultaten kan också tillämpas för att kontrollera storleken och formen på nanopartiklar och saltkristaller eller läkemedels upplösningshastighet.