קרח 0: מדענים מגלים צורה חדשה יוצאת דופן של קרח

חוקרים מיפן גילו צורה חדשה של קרח הנקראת קרח 0, שיכולה לזרוע היווצרות גבישי קרח במים מקוררים. המחקר שלהם מגלה שגרעין קרח יכול להתרחש ליד פני השטח של טיפות מים בגלל מבנים דמויי קרח 0, מה שפותר ויכוח ארוך שנים. לממצאים אלה יש השלכות משמעותיות על תחומים שונים, כולל לימודי אקלים ומדעי המזון, על ידי שיפור ההבנה שלנו לגבי היווצרות קרח.

קרח הוא הרבה יותר מורכב ממה שרוב האנשים מבינים, כאשר המדע מזהה למעלה מ-20 זנים שונים שנוצרו בשילובים שונים של לחץ וטמפרטורה. הסוג שבו אנו משתמשים כדי לצנן את המשקאות שלנו, המכונה קרח I, הוא אחת הצורות הבודדות המתרחשות באופן טבעי על פני כדור הארץ. לאחרונה גילו חוקרים מיפן סוג נוסף: קרח 0, צורה יוצאת דופן של קרח שיכולה ליזום היווצרות גבישי קרח במים מקוררים.

היווצרות קרח ליד פני המים הנוזלים יכולה להתחיל ממבשרי גבישים זעירים בעלי מבנה הדומה לסוג נדיר של קרח, המכונה קרח 0. במחקר שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבע, חוקרים ממחלקת המחקר לשיתוף פעולה חברתי "מדעי הגנת הכפור", במכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו הראו כי מבנים דמויי קרח 0 אלה יכולים לגרום לטיפפת מים לקפוא ליד פני השטח שלה ולא בליבה. גילוי זה פותר חידה ארוכת שנים ויכול לעזור להגדיר מחדש את ההבנה שלנו כיצד נוצר קרח.

תהליך גרעין קרח

התגבשות של קרח, המכונה גרעין קרח, מתרחשת בדרך כלל בצורה הטרוגנית, או במילים אחרות, על משטח מוצק. בדרך כלל זה צפוי לקרות על פני מיכל המים, שם נוזל פוגש מוצק. עם זאת, מחקר חדש זה מראה שהתגבשות קרח יכולה להתרחש גם ממש מתחת לפני המים, היכן שהוא פוגש את האוויר. כאן, הקרח מתגבש סביב מבשרים קטנים בעלי אותו מבנה בצורת טבעת אופייני כמו קרח 0.

"הדמיות הראו שלטיפת מים יש סיכוי גבוה יותר להתגבש ליד פני השטח החופשיים בתנאים איזוטרמיים", אומר המחבר הראשי של המחקר Gang Sun. "זה פותר ויכוח ארוך שנים אם התגבשות מתרחשת בקלות רבה יותר על פני השטח או פנימית."

קרח 0 מבשרי

למבשרי קרח 0 יש מבנה דומה מאוד למים מקוררים-על, מה שמאפשר למולקולות מים להתגבש מהם בקלות רבה יותר, ללא צורך להיווצר ישירות לתוך המבנה של קרח רגיל. מבשרי הקרח הזעירים 0 נוצרים באופן ספונטני, כתוצאה מהשפעות לחץ שליליות הנגרמות ממתח פני המים. ברגע שההתגבשות מתחילה מהמבשרים הללו, מבנים הדומים לקרח 0 מסדרים את עצמם במהירות לקרח I המוכר יותר.

הסופר הבכיר, האג'ימה טנאקה מדגיש את ההשלכות הרחבות של מחקר זה, ומציין כי "הממצאים לגבי מנגנון התגבשות פני השטח של מים צפויים לתרום משמעותית לתחומים שונים, לרבות מחקרי אקלים ומדעי המזון, שבהם התגבשות מים משחקת תפקיד קריטי".

הבנה מפורטת יותר של קרח וכיצד הוא נוצר יכולה לתת תובנה שלא תסולא בפז במגוון תחומי מחקר. לעבודה זו עשויה להיות חשיבות מיוחדת במטאורולוגיה, למשל, שבה להיווצרות קרח באמצעות מבשרים דמויי קרח 0 עשויה להיות השפעה הרבה יותר בולטת בטיפות מים קטנות כמו אלו שנמצאות בעננים. להבנת קרח יכולות להיות יתרונות גם בטכנולוגיה, ממדעי המזון ועד מיזוג אוויר.