Các nhà nghiên cứu đến từ Nhật Bản đã phát hiện ra một dạng băng mới gọi là băng-0, có thể giúp hình thành các tinh thể băng trong nước siêu lạnh. Nghiên cứu của họ tiết lộ rằng quá trình tạo mầm băng có thể xảy ra gần bề mặt của các giọt nước do các cấu trúc giống băng-0, giải quyết một cuộc tranh luận lâu dài. Những kết quả này có ý nghĩa quan trọng đối với nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm nghiên cứu khí hậu và khoa học thực phẩm, bằng cách nâng cao hiểu biết của chúng ta về sự hình thành băng.

Băng phức tạp hơn hầu hết mọi người nhận ra, với khoa học đã xác định được hơn 20 loại băng khác nhau hình thành dưới sự kết hợp khác nhau của áp suất và nhiệt độ. Loại chúng ta sử dụng để làm mát đồ uống, được gọi là đá đầu tiên, là một trong số ít dạng xuất hiện tự nhiên trên Trái đất. Gần đây, các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã phát hiện ra một loại khác: băng 0, một dạng băng bất thường có thể bắt đầu hình thành các tinh thể băng trong nước siêu lạnh.

Sự hình thành băng gần bề mặt nước lỏng có thể bắt đầu từ những tiền chất tinh thể cực nhỏ có cấu trúc tương tự như một loại băng hiếm, được gọi là băng 0. Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Truyền thông thiên nhiênCác nhà nghiên cứu từ Phòng Nghiên cứu Hợp tác Xã hội “Khoa học Bảo vệ Băng” tại Viện Khoa học Công nghiệp thuộc Đại học Tokyo đã chỉ ra rằng những cấu trúc giống như băng này có thể khiến một giọt nước đóng băng gần bề mặt chứ không phải ở lõi của nó. Khám phá này giải quyết một bí ẩn lâu đời và có thể giúp xác định lại sự hiểu biết của chúng ta về cách hình thành băng.

Quá trình hình thành lõi băng

Sự kết tinh băng, được gọi là quá trình tạo mầm băng, thường xảy ra không đồng nhất, hay nói cách khác là trên một bề mặt rắn. Điều này thường xảy ra trên bề mặt của bình chứa nước, nơi chất lỏng gặp chất rắn. Tuy nhiên, nghiên cứu mới này cho thấy quá trình kết tinh băng cũng có thể xảy ra ngay dưới bề mặt nước, nơi nó gặp không khí. Ở đây, băng kết tinh xung quanh các tiền chất nhỏ có cấu trúc hình tròn đặc trưng giống như băng 0.

Gang Sun, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Mô phỏng cho thấy một giọt nước có nhiều khả năng kết tinh gần bề mặt tự do trong điều kiện đẳng nhiệt. Điều này giải quyết cuộc tranh luận lâu dài về việc liệu quá trình kết tinh xảy ra dễ dàng hơn ở bề mặt hay bên trong”. .

Các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Công nghiệp thuộc Đại học Tokyo đã phát hiện ra rằng băng bắt đầu hình thành gần bề mặt nước thông qua các cấu trúc giống như một loại băng hiếm được phát hiện gần đây, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự hình thành băng. Nguồn: Viện Khoa học Công nghiệp, Đại học Tokyo

Tiền chất băng 0

Những người tiền nhiệm của Ice 0 có cấu trúc rất giống với nước siêu lạnh, cho phép các phân tử nước kết tinh từ nó dễ dàng hơn mà không cần phải trực tiếp hình thành trong cấu trúc của băng thông thường. Tiền chất băng nhỏ hình thành một cách tự nhiên, là kết quả của hiệu ứng áp suất âm do sức căng bề mặt của nước gây ra. Khi quá trình kết tinh bắt đầu từ những tiền chất này, các cấu trúc giống băng 0 sẽ nhanh chóng tự sắp xếp lại thành băng I phổ biến hơn.

Tác giả chính Hajime Tanaka nhấn mạnh ý nghĩa sâu rộng của nghiên cứu này, lưu ý rằng “những phát hiện về cơ chế kết tinh mặt nước dự kiến ​​sẽ đóng góp đáng kể cho nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm nghiên cứu khí hậu và khoa học thực phẩm, trong đó quá trình kết tinh nước đóng vai trò quan trọng”. vai trò.”

Hiểu biết chi tiết hơn về băng và cách nó hình thành có thể mang lại cái nhìn sâu sắc vô giá về nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Công trình này có thể được quan tâm đặc biệt trong khí tượng học, chẳng hạn, trong đó sự hình thành băng thông qua các tiền chất 0 giống như băng có thể có tác động rõ rệt hơn ở những giọt nước nhỏ như những giọt nước trong mây. Hiểu biết về đá cũng có thể mang lại lợi ích trong công nghệ, từ khoa học thực phẩm đến điều hòa không khí.

Tham khảo: “Sự kết tinh nước do tiền chất hình thành ở vùng áp suất âm” của Gang Sun và Hajime Tanaka, ngày 26 tháng 7 năm 2024, Truyền thông thiên nhiên.
doi: 10.1038/s41467-024-50188-1