Вчені виявили, що світло може випаровувати воду без тепла

Дослідники Массачусетського технологічного інституту виявили, що світло може викликати випаровування, а не лише нагрівання, продемонструвавши це на різних природних і синтетичних водних поверхнях. Це відкриття може вплинути на моделювання клімату та призвести до інновацій у сонячній енергії та технологіях очищення води.

Це найфундаментальніший із процесів — випаровування води з поверхні океанів і озер, вигоряння туману під ранковим сонцем і висихання солоних ставків, що залишає тверду сіль. Випаровування навколо нас, і люди спостерігають за ним і використовують його протягом усього часу свого існування. І все ж, виявляється, ми весь час пропускали велику частину картини.

Відкриття індукованого світлом випаровування

У серії ретельно точних експериментів команда дослідників з Массачусетського технологічного інституту продемонструвала, що тепло не єдине, що спричиняє випаровування води. Світло, потрапляючи на поверхню води в місці зустрічі повітря та води, може відірвати молекули води та винести їх у повітря, викликаючи випаровування за відсутності будь-якого джерела тепла.

Дивовижне нове відкриття може мати широкий спектр важливих наслідків. Це може допомогти пояснити таємничі вимірювання протягом багатьох років того, як сонячне світло впливає на хмари, і, отже, вплинути на розрахунки впливу зміни клімату на хмарний покрив і опади. Це також може призвести до нових способів проектування промислових процесів, таких як опріснення на сонячних батареях або сушіння матеріалів.

Новознайдений феномен

Нова робота базується на дослідженні, опублікованому минулого року, яке описує цей новий «фотомолекулярний ефект», але лише в дуже спеціальних умовах: на поверхні спеціально підготовлених гідрогелів, змочених водою. У новому дослідженні дослідники демонструють, що гідрогель не є необхідним для процесу; це відбувається на будь-якій поверхні води, яка піддається впливу світла, незалежно від того, чи це плоска поверхня, як водойма, чи вигнута поверхня, як крапля хмарної пари.

Оскільки ефект був настільки несподіваним, команда працювала над тим, щоб довести його існування якомога більшою кількістю різних доказів. У цьому дослідженні вони повідомляють про 14 різних видів тестів і вимірювань, які вони провели, щоб встановити, що вода справді випаровується, тобто молекули води збиваються з поверхні води й вилітають у повітря — лише завдяки світлу, не теплом, яке довго вважалося єдиним задіяним механізмом.

Вирішення хмарної головоломки

Знахідка може розгадати 80-річну таємницю кліматології. Вимірювання того, як хмари поглинають сонячне світло, часто показують, що вони поглинають більше сонячного світла, ніж це передбачає звичайна фізика. Додаткове випаровування, викликане цим ефектом, могло пояснити тривалу розбіжність, яка була предметом суперечок, оскільки такі вимірювання важко зробити.

«Ці експерименти базуються на супутникових даних і даних польотів», — пояснює Чень. «Вони літають на літаку над і під хмарами, а також є дані, засновані на температурі океану та радіаційному балансі. І всі вони дійшли висновку, що хмари поглинають більше, ніж могла б вирахувати теорія. Однак через складність хмар і труднощі проведення таких вимірювань дослідники сперечаються, чи є такі розбіжності реальними чи ні. І те, що ми виявили, свідчить про те, що є ще один механізм поглинання хмари, який не врахували, і цей механізм може пояснити розбіжності».

Чень каже, що нещодавно говорив про це явище на конференції Американського фізичного товариства, і один фізик там, який вивчає хмари та клімат, сказав, що вони ніколи не думали про таку можливість, яка може вплинути на розрахунки комплексного впливу хмар на клімат. Команда провела експерименти з використанням світлодіодів, які світили на камері штучної хмари, і вони спостерігали нагрівання туману, чого не мало статися, оскільки вода не поглинає у видимому спектрі. «Таке нагрівання можна легше пояснити на основі фотомолекулярного ефекту», — каже він.

Lv каже, що з багатьох доказів «людям найпростіше відтворити плоску область у розподілі температури повітря над гарячою водою». Цей температурний профіль «є сигнатурою», яка чітко демонструє ефект, каже він.