Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Jak stworzyć ciepły lód
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Virginia Tech wykazali, że lodowy dysk może sam się napędzać na odpowiednio przygotowanej powierzchni, podobnie do kropli wody, na którą działa zjawisko Leidenfrosta. Każdy z nas obserwował, że kropla wody upuszczona na gorącą powierzchnię, odparowuje przez długi czas, poruszając się po powierzchni. Amerykańscy uczeni odkryli, że kawałek lodu może samodzielnie napędzać się na powierzchni o wzorze przypominającym układ rybich ości.
Badaczy z Virginia Tech zainspirowała rozwiązana ledwie przed 11 laty zagadka wędrujących głazów z Racetrack Playa z kalifornijskiej Doliny Śmierci. Tam kry, przesuwające się pod wpływem wiatru, przesuwają kamienie. Jonathan Boreyko postanowił stworzyć takie warunki, by lód samodzielnie się przesuwał. Wraz z zespołem przez trzy lata prowadził eksperymenty. Gdy zaś udało się doprowadzić do samodzielnego ruchu lodowego dysku, przez kolejne dwa lata naukowcy tworzyli model wyjaśniający obserwowane zjawisko.
Kluczem do sukcesu była aluminiowa powierzchnia ponacinana we wzór rybich ości. Wystarczy, że powierzchnia zostanie rozgrzana powyżej temperatury topnienia – nie jest więc potrzebna, jak w zjawisku Leidenfrosta, bardzo wysoka temperatura – by lód zaczął się poruszać. Jest on napędzany przez kierunkowy przepływ wody w nacięciach na powierzchni. Początkowo kawałek lodu rusza bardzo wolno, by gwałtownie przyspieszyć.
Niezwykle interesujące okazało się spryskanie powierzchni aluminium cieczą hydrofobową. Naukowcy spodziewali się, że spowoduje to przyspieszenie lodu. Tymczasem dysk w ogóle się nie przesunął. To pozwoliło badaczom wyjaśnić obserwowane zjawisko. Doszli do wniosku, że na powierzchni pokrytej płynem hydrofobowym woda z roztapiającego się lodu zostaje ściśnięta i lodowy dysk utyka na krawędziach wyżłobień. Woda ciągle płynie kanalikami, ale lód nie jest już w stanie się na niej unosić.
Bez powłoki hydrofobowej woda po jednej stronie lodowego dysku tworzy kałużę, jej obecność powoduje nierównowagę napięcia powierzchniowego po obu stronach lodu, co powoduje, że zaczyna się on poruszać.
Boreyko uważa, że odkryte przezeń zjawisko być może posłuży do celów praktycznych. Wyobraźmy sobie, że wzór na powierzchni tworzy okręgi, a nie proste linie. Wówczas roztapiający się obiekt kręciłby się w kółko. A teram wyobraźmy sobie, że na powierzchni lodu umieszczamy magnesy. One też by się obracały, co można by wykorzystać do produkcji energii, stwierdza uczony.
Badania zostały opublikowane na łamach ACS Applied Materials & Interfaces.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Lód w przestrzeni kosmicznej jest inny, niż dotychczas sądzono, wynika z badań przeprowadzonych przez uczonych z University College London i University of Cambridge. Ich zdaniem, zawiera on niewielkie kryształki i nie jest całkowicie nieuporządkowanym amorficznym materiałem, jak woda. Przez dekady uważano, że lód poza Ziemią nie posiada struktury, jest amorficzny, gdyż znacznie niższe niż na Ziemi temperatury nie zapewniają wystarczająco dużo energii, by podczas zamarzania uformowały się kryształy.
Autorzy nowych badań przyjrzeli się najpowszechniej występującej formie lodu we wszechświecie, amorficznemu lodowi o niskiej gęstości, który występuje w kometach, na lodowych księżycach czy w chmurach materiału, z których powstają gwiazdy i planety. Przeprowadzone przez nich symulacje komputerowe wykazały, że lód taki najlepiej odpowiada wynikom analiz gdy nie jest w pełni amorficzny, a zawiera niewielkie kryształki o średnicy 3 nanometrów. Naukowcy przeprowadzili też badania, w czasie których krystalizowali (np. poprzez podgrzewanie) uzyskane w różny sposób próbki amorficznego lodu. Zauważyli, że ostateczna struktura krystaliczna lodu zależała od tego, w jaki sposób został oryginalnie utworzony. Stwierdzili też, że gdyby taki lód był w pełni amorficzny, to nie zachowałby żadnych informacji o swojej wcześniejszej strukturze.
Teraz mamy dobre pojęcie, jak na poziomie atomowym wygląda najbardziej rozpowszechniony lód we wszechświecie. To bardzo ważna wiedza, gdyż lód bierze udział w wielu procesach kosmologicznych, na przykład w formowaniu się planet, ewolucji galaktyk czy przemieszczaniu materii we wszechświecie, wyjaśnia główny autor badań doktor Michael B. Davies.
Lód na Ziemi to kosmologiczny ewenement z powodu wysokich temperatur panujących na naszej planecie. Ma dzięki nim uporządkowaną naturę. Uznawaliśmy, że lód w pozostałych częściach wszechświata jest jak unieruchomiona ciekła woda, nieuporządkowana struktura. Nasze badania pokazują, że nie jest to do końca prawda. I każą zadać pytanie o amorficzne struktury w ogóle. Takie materiały są niezwykle ważne dla nowoczesnych technologii. Na przykład światłowody powinny być amorficzne. Jeśli jednak zawierają niewielkie kryształki, a my będziemy potrafili je usunąć, poprawimy ich wydajność, dodaje profesor Christoph Salzmann.
Badania prowadzono zarówno metodą symulacji komputerowych, jak i tworząc amorficzny lód. Metodami obliczeniowymi sprawdzano dwa rodzaje wirtualnego lodu. Jeden powstawał podczas obniżania temperatury wirtualnych molekuł wody do -120 stopni Celsjusza. W zależności od tempa schładzania otrzymany lód składał się ze struktury krystalicznej i amorficznej w różnych proporcjach. Okazało się, że właściwości wirtualnego lodu zawierającego 20% struktury krystalicznej i 80% amorficznej blisko odpowiadają właściwościom prawdziwego lodu amorficznego o niskiej gęstości, który badano metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Drugi rodzaj lodu składał się z niewielkich ściśniętych razem kryształków pomiędzy którymi symulowano istnienie struktury amorficznej. Taki lód wykazywał największe podobieństwo do prawdziwego kosmicznego lodu gdy zawierał 25% kryształków.
Natomiast podczas badań eksperymentalnych uzyskiwano amorficzny lód o niskiej gęstości albo poprzez osadzanie pary wodnej na bardzo zimnej powierzchni, albo podgrzewając amorficzny lód o dużej gęstości. Następnie tak uzyskany amorficzny lód o niskiej gęstości był delikatnie podgrzewany, by miał wystarczająco dużo energii do utworzenia kryształów. Różnice w uzyskanej w ten sposób strukturze zależały od pierwotnej metody wytworzenia lodu. W ten sposób naukowcy doszli do wniosku, że gdyby lód taki był całkowicie amorficzny, nie zachowałby pamięci o swojej pierwotnej strukturze.
Lód to potencjalnie bardzo przydatny materiał w kosmosie. Mógłby posłużyć do ochrony pojazdu kosmicznego przed promieniowaniem czy do wytworzenia paliwa. Dlatego musimy lepiej rozumieć jego różne rodzaje i właściwości, podsumowuje doktor Davies.
Źródło: Low-density amorphous ice contains crystalline ice grains, https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.112.024203
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Lód kojarzy się z twardym, kruchym materiałem. I rzeczywiście taki jest w większości przypadków. Jednak okazuje się, że pojedyncze długie kryształy lodu są niezwykle elastyczne i po zgięciu powracają do oryginalnego kształtu. Takie kryształy uzyskał właśnie Limin Tong i jego koledzy z Uniwersytetu Zheijiang w Hangzhou w Chinach.
Chińscy naukowcy uzyskali lodowe włókna wykorzystując parę wodną zamkniętą w niewielkiej komorze w temperaturze -50 stopni Celsjusza. Wykorzystali przy tym pole elektryczne, za pomocą którego przyciągali molekuły wody do wolframowej igły, gdzie krystalizowały, tworząc lodowe włókno o średnicy kilku mikrometrów.
Następnie lód został schłodzony jeszcze bardziej. Temperaturę obniżano pomiędzy -70 a -150 stopni Celsjusza i zmierzono elastyczność włókna. Uczeni odkryli, że lód w takiej formie jest znacznie bardziej elastyczny niż jakikolwiek wcześniej uzyskany. Niektóre z włókien można było niemal zawijać w okręgi, a po zwolnieniu siły powracały one do oryginalnego kształtu.
Dotychczas największe eksperymentalnie obserwowane odkształcenie sprężyste lodu wynosiło około 0,3%. My uzyskaliśmy 10,9% w lodowych włóknach, mówią autorzy badań. Teoretyczna granica odkształcenia lodu wynosi pomiędzy 14 a 16,2 procent.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół naukowy, w skład którego weszli uczeni ze Szwajcarskiego Instytutu Technologicznego w Zurichu (ETH Zurich), wykazał, że niemal wszystkie ziemskie lodowce tracą masę, a tempo utraty lodu przyspiesza. To najszerzej zakrojone i najbardziej dokładne badania tego typu. To również pierwsze badania, w których uwzględniono wszystkie lodowce na Ziemi, z wyjątkiem tych znajdujących się na Grenlandii i Antarktydzie.
Autorzy badań uwzględnili w swoich analizach niemal 220 000 lodowców. Stwierdzili, że w latach 2000–2019 średnio każdego roku traciły one 267 gigaton (miliardów ton) lodu. To ilość wystarczająca, by każdego roku całą powierzchnię Polski zalała warstwa wody o głębokości niemal 1 metra. Widoczne jest też wyraźne przyspieszenie tempa utraty lodu. O ile bowiem w latach 200–2004 średnie roczne tempo utraty lodu wynosiło 227 GT, to w latach 2015–2019 było to 298 gigaton.
Topnienie lodowców jest odpowiedzialne za 21% wzrostu poziomu oceanów – czyli za 0,74 mm przyrostu rocznie. Za połowę tego przyrostu odpowiada zwiększenie objętości wody spowodowane jej wyższą temperaturą, a pozostała 1/3 przyrostu to wina lodowców Grenlandii, Antarktydy oraz zmian ilości wody przechowywanej na lądach.
Najszybciej tracą masę lodowce Alaski, Islandii i Alp. Zmiany klimatu bardzo silnie wpływają tez na lodowce w Pamirze, Hindukuszu i Himalajach. Szczególnie niepokojące jest to, co dzieje się w Himalajach. W porze suchej woda z lodowców jest ważnym źródłem zasilającym wielkie rzeki: Ganges, Indus i Bramaputrę. Obecnie przyspieszone topnienie tych lodowców działa jak bufor, dostarczając wodę ludziom żyjącym w regionie. Jeśli jednak tempo topnienia himalajskich lodowców będzie nadal przyspieszało, to w ciągu najbliższych dekad ludzie w Indiach i Bangladeszu doświadczą niedoborów wody i żywność, ostrzega Romain Hugonnet, główny autor badań, pracownik ETH Zurich i Uniwersytetu w Tuluzie.
Naukowcy ze zdziwieniem zauważyli, że istnieją obszary, na których w latach 2000–2019 utrata masy lodowców... spowolniła. Obszary te to wschodnie wybrzeże Grenlandii, część Islandii i Skandynawii. specjaliści uważają, że przyczyną takiego stanu rzeczy jest anomalia pogodowa na Północnym Atlantyku, która spowodowała, że w latach 2010–2019 pojawiły się tam niższe temperatury i niższe opady, co spowolniło utratę lodu. Jest to jednak prawdopodobnie zjawisko przejściowe. Zauważono bowiem, że w innym miejscu świata dochodzi do zaniku podobnej anomalii. Tak zwana anomalia Karakorum spowodowała, że do roku 2010 lodowce Karakorum pozostawały stabilne, a w niektórych przypadkach nawet się rozrastały. Obecnie jednak tracą one masę podobnie jak inne lodowce.
Na potrzeby analizy wykorzystano zdjęcia wykonywane od 1999 roku przez satelitę Terra. Okrąża on Ziemię co 100 minut na wysokości niemal 700 kilometrów. Naukowcy wykorzystali wszystkie wykonane przez niego zdjęcia i analizowali je przez 18 miesięcy za pomocą superkomputera na University of Northern British Columbia. W pracach, obok naukowców z Zurichu i Tuluzy, brali udział specjaliści z Uniwersytetów w Oslo, Ulsterze, Northern British Columbia i Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Badań nad Lasem, Śniegiem i Krajobrazem.
Artykuł Accelerated global glacier mass loss in the early twenty-first century został opublikowany na łamach Nature.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W latach 1979–2017 tempo rocznej utraty lodu w Antarktyce zwiększyło się 6-krotnie, stwierdzili glacjolodzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine, Jet Propulsion Laboratory i holenderskiego Uniwersytetu w Utrechcie. Uczeni twierdzą, że to przyspieszone topnienie przyczyniło się dodatkowo o wzrost poziomu oceanów o ponad centymetr.
To tylko wierzchołek góry lodowej. Z powodu roztapiania się lodów Antarktyki możemy spodziewać się w nadchodzących stuleciach wielometrowego wzrostu poziomu oceanów, mówi profesor Eric Rignot, główny autor badań.
Rignot i jego współpracownicy przeprowadzili najszerzej zakrojoną ocenę pokrywy lodowej Antarktyki. Trwała ona przez 4 dekady, objęto nią 18 regionów zawierających 176 basenów i przyległe wyspy.
Naukowcy ocenili, że o ile w latach 1979–1990 średnia roczna utrata masy lodu wynosiła 40 gigaton, by w latach 2009–2017 wzrosnąć do 252 gigaton. Rignot podkreśla, że jednym z głównych odkryć jest oszacowanie roli Antarktyki Wschodniej w utracie masy.
Obszar Wilkes Land był zawsze istotnym regionem utraty lodu. To było widoczne już w latach 80. Prawdopodobnie region ten jest bardziej wrażliwy na zmiany klimatu niż dotychczas sądzono. Ważne jest, by to zbadać, gdyż znajduje się tam więcej lodu niż w Antarktyce Zachodniej i na Półwyspie Antarktyczym razem, stwierdza uczony.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.