Lody zbadano jak lawinę

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Umieszczając próbki lodów w mikrotomografie, naukowcy sprawdzali, w jaki sposób ich struktura zmienia się podczas przechowywania w domowej zamrażarce. Zwykle maszynę tę wykorzystuje się do badania procesów doprowadzających do zejścia lawiny.

Tomograf z Instytutu Badań nad Śniegiem i Lawinami w Davos jest jednym z nielicznych urządzeń, które mogą wykonywać zdjęcia niewielkich obiektów przy temperaturze poniżej zera. Wcześniej nie potrafiliśmy zajrzeć do wnętrza lodów bez niszczenia próbki - opowiada dr Cedric Dubois z Nestle. Jego firma ma nadzieję, że wyniki, które opublikowano w piśmie Soft Matter, pomogą spowolnić stopniową degradację smaku lodów.

Biały szron, który tworzy się na lodach, jest skutkiem zmian temperatury podczas transportu czy przechowywania. Większość domowych zamrażarek ustawia się na minus 18 stopni Celsjusza, ale temperatura rzadko pozostaje stała. Waha się ona w obu kierunkach, przez co fragmenty masy roztapiają się i ponownie zamarzają.

Podczas cyklicznych zmian temperatury w niewielkim zakresie wykonano zdjęcia poklatkowe, na których widać, jak tworzą się kryształy o średnicy kilku mikronów. Studium ujawniło cykl życiowy takich kryształów oraz warunki, w jakich powstają i rosną, w znaczącym stopniu zmieniając teksturę (a więc i smak) lodów.

Akademicy podkreślają, że lody są materiałem wielofazowym. Złożone interakcje między fazami i fizyczne mechanizmy, które odpowiadają za ewolucję mikrostruktury tych słodyczy, długo pozostawały nieznane. Winą za to obarczano tradycyjne badania mikroskopowe, które jak wspomniano wcześniej, nie pozwalały na badanie nietkniętych próbek. Na szczęście z odsieczą przyszła mikrotomografia komputerowa. Jako czynnik kontrastowy Szwajcarzy wykorzystali jodynę. Określano trójwymiarowy rozkład 3 głównych faz lodów: powietrza, niezamarzniętego roztworu cukru oraz kryształów lodu. Rozmiar pojedynczego woksela wynosił 6 μm.

Ostatecznie akademicy wyliczyli, jak wygląda czasowa ewolucja bąbli powietrza i kryształów lodu w czasie cyklicznych zmian temperatury. Ustalono, że dla powiększania kryształów lodu kluczowym mechanizmem jest ciągłe topienie i zamarzanie, tymczasem w przypadku bąbli powietrza chodzi o ich zlewanie.