@ 2016.11.26 , 18:16

困扰人类150年的谜题:冰面为何是湿的

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北海道大学某团队的科学家用先进的光学显微镜解开了一个150年历史的谜团:零下环境中冰晶的表面为什么会融化。

“冰面是湿的。”自150多年前英国科学家法拉第提及这个被称为表面融化的现象起,为何零下环境里冰面的水不结冰的问题一直悬而未决。

该团队的研究意图揭示表面融化的深层机理。他们使用一个与奥林巴斯公司合作研发的特殊的光学显微镜以观察表面的水薄层,又称准液态层,在各种温度和蒸气压下是如何产生和消失的。

研究者们发现,水薄层不会均一、完全地湿润冰面,这与传统观点相悖。所以,准液态层无法维持稳定平衡态,并因此蒸发。

进一步地,该团队发现在过饱和或不饱和蒸气压条件下,准液态层仅形成于冰面生长或升华的时候。这一发现有力地表明准液态层是通过蒸气生长和冰升华而形成的一个亚稳定转变态,但它并不稳定。

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准液态层转变为部分湿润的过程。一开始,冰面完全被准液态层覆盖。6秒之后准液态层变为了水滴。

“我们的结果与传统认为准液态层稳定的观点相反,”北海道大学的第一作者Ken-ichiro Murata说。“但通过比较湿润和干燥表面的能态可以推断出,准液态层无法维持稳定。表面融化在多种现象中扮演了重要角色,如冰面润滑、臭氧空洞的形成以及雷暴云中的电荷积累等。我们的研究也许能有助于对它们的理解。”

该研究也许能为其他晶体表面融化的理解提供一个通用的框架。

本文译自 Science Daily,由译者 卤鸡爪子 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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