Para el hielo, el llamado "derretimiento de la superficie" fue postulado ya en el siglo XIX por Michael Faraday: ya por debajo del punto de fusión real, es decir, 0 ° C, se forma una película delgada de líquido en la superficie libre debido a la interfaz entrehielo y aire. Los científicos dirigidos por Markus Mezger, líder de grupo en el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros departamento de Hans-Jürgen Butt y profesor de la Universidad de Viena, han estudiado este fenómeno con más detalle en las interfaces entre el hielo y la arcilla.minerales.
En la naturaleza, este efecto es particularmente interesante en suelos de permafrost, es decir, suelos que están permanentemente congelados. Aproximadamente una cuarta parte del área terrestre en el hemisferio norte está cubierta por permafrost. Estos están compuestos de una mezcla de hielo y otros materiales.Las plaquetas microscópicamente delgadas se formaron a lo largo del tiempo geológico por la meteorización de los minerales arcillosos. Al igual que una esponja, una gran cantidad de agua puede entrar en los poros estrechos entre las plaquetas delgadas, almacenarse allí y congelarse. Por lo tanto, hay mucho contactoárea entre el hielo y los minerales de arcilla. ¡Por cada gramo de mineral de arcilla, hay aproximadamente 10 metros cuadrados de área de superficie! Esto causa una proporción relativamente alta de agua líquida en la capa de fusión inducida interfacialmente que ya está por debajo de 0 ° C.
Los investigadores ahora han investigado qué tan rápido se mueven las moléculas de agua en la fina capa de fusión en el límite entre el hielo y el mineral de arcilla. Este valor, conocido como "autodifusión", está directamente relacionado con la viscosidad del agua. Durante tresdiferentes minerales, se ha demostrado que la viscosidad del agua en la capa de fusión inducida por la interfaz es a veces significativamente más alta que la del agua ordinaria, es decir, las moléculas tienen una capacidad limitada para moverse porque la capa es más viscosa. Estos resultadospuede ayudar a comprender mejor varios fenómenos en el futuro, como la estabilidad mecánica del permafrost, el transporte de nutrientes y contaminantes de las plantas, y reacciones geoquímicas como los procesos de intercambio iónico en las interfaces hielo / mineral.
Para sus mediciones, los científicos de Mainz colaboraron con socios en los reactores de investigación de la TU de Múnich y el Institut Laue-Langevin en Grenoble, Francia. Los neutrones generados en los reactores golpean la muestra a una cierta velocidad. Similar a una bolarebotando de un vehículo que se mueve hacia él a una velocidad más alta, las mediciones de velocidad de los neutrones dispersos de la muestra permiten sacar conclusiones sobre el movimiento de las moléculas de agua en la capa de fusión previa inducida por la interfaz.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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