اكتشف العلماء شكلاً جديدًا من الجليد

اكتشف باحثون من اليابان شكلاً جديدًا من الجليد يسمى Ice 0، والذي يشكل بلورات ثلجية في الماء فائق البرودة. تكشف دراستهم أن الجليد يمكن أن يتشكل بالقرب من سطح قطرات الماء بسبب الهياكل الشبيهة بالجليد 0، مما يحل جدلاً طويل الأمد. ولهذه النتائج آثار كبيرة على مجموعة متنوعة من المجالات، بما في ذلك دراسات المناخ وعلوم الأغذية، من خلال تحسين فهمنا لتكوين الجليد.

الجليد أكثر تعقيدًا مما يدركه معظم الناس، حيث حدد العلم أكثر من 20 نوعًا مختلفًا يتشكل تحت مجموعات مختلفة من الضغط ودرجة الحرارة. النوع الذي نستخدمه لتبريد مشروباتنا، والذي يسمى الجليد I، هو أحد الأشكال القليلة التي تحدث بشكل طبيعي على الأرض. اكتشف باحثون من اليابان مؤخرًا نوعًا آخر: الجليد 0، وهو شكل غير عادي من الجليد يمكن أن يبدأ في تكوين بلورات الجليد في الماء فائق البرودة.

يمكن أن يبدأ تكوين الجليد بالقرب من سطح الماء السائل من سلائف بلورية صغيرة ذات بنية نادرة تشبه الجليد تعرف باسم Ice 0. في دراسة نشرت مؤخرا التواصل الطبيعيوأظهر باحثون من قسم “علوم الحماية من الصقيع” لأبحاث التعاون الاجتماعي في معهد العلوم الصناعية بجامعة طوكيو، أن هذه الهياكل الشبيهة بالجليد 0 تجمد قطرة بالقرب من سطحها وليس في مركزها. يحل هذا الاكتشاف لغزًا طويل الأمد ويمكن أن يساعد في إعادة تعريف فهمنا لكيفية تشكل الجليد.

عملية نواة الجليد

عادة ما يحدث تبلور الجليد، الذي يسمى نواة الجليد، على سطح غير متجانس أو، بمعنى آخر، سطح صلب. ومن المتوقع عادة أن يحدث هذا على سطح وعاء الماء، حيث يلتقي السائل بالصلب. ومع ذلك، يظهر هذا البحث الجديد أن تبلور الجليد يمكن أن يحدث تحت سطح الماء، حيث يلتقي بالهواء. هنا، تتشكل نوى الجليد حول أسلاف صغيرة لها نفس البنية الحلقية المميزة مثل الجليد 0.

يقول كانغ سون، المؤلف الرئيسي للدراسة: “تُظهر عمليات المحاكاة أنه في ظل ظروف متساوية الحرارة، من المرجح أن تتبلور قطرة الماء بالقرب من السطح الحر”. “هذا يحل الجدل الطويل الأمد حول ما إذا كان التبلور يحدث بسهولة أكبر على السطح أم داخليًا.”

أظهر باحثون في معهد العلوم الصناعية بجامعة طوكيو أن الجليد يبدأ بالتشكل بالقرب من سطح الماء عبر هياكل نادرة تشبه الجليد تم اكتشافها مؤخرًا، مما يساعد على فهم تكوين الجليد بشكل أفضل. الائتمان: معهد العلوم الصناعية، جامعة طوكيو

رواد الجليد 0

تمتلك سلائف الجليد 0 بنية مشابهة جدًا للماء فائق التبريد، مما يسمح لجزيئات الماء بالتبلور منه بسهولة أكبر، دون أن تشكل نفسها بالضرورة مباشرة في بنية الجليد التقليدي. ونتيجة لتأثيرات الضغط السلبي الناجمة عن التوتر السطحي للماء، تتشكل سلائف الجليد الصغيرة تلقائيًا. بمجرد أن يبدأ التبلور من هذه السلائف، فإن الهياكل الشبيهة بالجليد 0 تعيد ترتيب نفسها بسرعة إلى الجليد I الأكثر شيوعًا.

ويؤكد المؤلف الرئيسي هاجيمي تاناكا على الآثار واسعة النطاق للدراسة، قائلاً: “من المتوقع أن تقدم الاكتشافات المتعلقة بآلية تبلور سطح الماء مساهمات كبيرة في مختلف المجالات، بما في ذلك دراسات المناخ وعلوم الأغذية. دور مهم”.

إن الفهم التفصيلي للجليد وكيفية تشكله يمكن أن يوفر رؤية لا تقدر بثمن في مختلف مجالات الدراسة. قد يكون لهذا العمل أهمية خاصة في مجال الأرصاد الجوية، حيث، على سبيل المثال، يمكن أن يكون لتكوين الثلوج عبر سلائف مثل Snow 0 تأثير كبير جدًا على قطرات الماء الصغيرة الموجودة في السحب. يمكن أن يكون لفهم الثلج أيضًا فوائد في مجال التكنولوجيا، بدءًا من علوم الأغذية وحتى تكييف الهواء.

المرجع: جانج صن وهاجيمي تاناكا، 26 يوليو 2024، “تبلور الماء المستحث على السطح مدفوعًا بالسلائف التي تتشكل في مناطق الضغط السلبي.” التواصل الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41467-024-50188-1