Světlo prý může vypařovat vodu i mechanismem bez přenosu tepla

Doporučujeme

Nová studie odhaluje možný původ temné hmoty ve scénáři temného velkého třesku

23. 11. 2024

Webbův dalekohled objevil velké množství plynů bohatých na uhlík, které slouží jako ingredience pro budoucí planety

21. 11. 2024

Editování genů CRISPR/Cas9 vedlo k zefektivnění fotosyntézy

20. 11. 2024

Vědci možná objevili opravdu nečekaný fyzikální mechanismus – s dopadem i na klimatologii.

Proč sluneční záření přispívá k vypařování vody? Odpověď je zdánlivě jasná: protože voda i vzduch absorbují sluneční záření (různé části spektra různě atd.), o tuto energii se ohřívají, při vyšší teplotě je posunuta rovnováha kapalina-pára atd. Nová studie vědců z MITu ale překvapivě přichází s ještě dalším mechanismem, který měl dosud zůstat nepovšimnut: Světlo, které dopadá na povrch vody v místě, kde se stýká vzduch a voda, může také vyrážet molekuly vody z kapaliny a vynášet je do vzduchu, což způsobuje odpařování bez jakéhokoli zahřívání.
Tento překvapivý objev může mít podle autorů celou řadu významných důsledků. Mohl by pomoci vysvětlit poněkud záhadná dlouholetá měření, jak sluneční světlo ovlivňuje mraky, a tím ovlivnit simulace vlivu klimatických změn na oblačnost a srážky (mraky jsou podle průvodní tiskové zprávy přitom nejnejistějším aspektem klimatických modelů). Objev by mohl by také vést k novým typům průmyslových procesů, jako je odsolování vody nebo sušení materiálů slunečním světlem. Podle autorů studie by se nově objevený efekt měl projevovat v přírodě ve velkém rozsahu – od mraků přes mlhu až po povrch oceánů, půdy a rostlin.
Protože byl tento efekt tak nečekaný, snažil se tým prokázat jeho existenci pomocí co nejvíce různých metod a důkazů. V nové studii výzkumníci uvádějí 14 různých druhů testů a měření, které provedli, aby zjistili, že voda se skutečně může vypařovat pouze vlivem světla, nikoli tepla,
Jedním z klíčových faktorů, který se shodně projevil ve čtyřech různých druzích experimentů za různých podmínek, bylo, že jakmile se voda začala odpařovat z testovací nádoby pod viditelným světlem, teplota vzduchu měřená nad povrchem vody se ochladila a poté vyrovnala, což ukazuje, že tepelná energie nebyla hnací silou tohoto efektu. Mezi další klíčové faktory patřil způsob, jakým se odpařovací efekt měnil v závislosti na úhlu dopadu světla, přesné barvě světla a jeho polarizaci. K žádné z těchto proměnlivých charakteristik by při pouhém přenosu tepla nemělo docházet, protože při těchto vlnových délkách voda světlo téměř vůbec neabsorbuje – a přesto tyto závislosti vědci pozorovali. Efekt je nejsilnější, když světlo dopadá na vodní hladinu pod úhlem 45 stupňů. Je také nejsilnější při určitém typu polarizace, tzv. příčné magnetické polarizaci. A dále v zeleném světle – což je paradoxně barva, pro kterou je voda nejprůhlednější, a tudíž dochází k nejmenší absorpci/přenosu energie.
Spoluautor studie Gang Chen z MITu navrhl fyzikální mechanismus, který vysvětluje závislost tohoto jevu na úhlu a polarizaci a ukazuje, že fotony světla mohou na molekuly vody na povrchu vody působit „čistě mechanickou silou“, která je dostatečná k jejich uvolnění z vodní hladiny. Zatím však nedokážou vysvětlit závislost jevu na barvě světla.
Tento jev nazvali jeho objevitelé fotomolekulární, analogicky k fotoelektrickému jevu, který objevil Heinrich Hertz v roce 1887 a vysvětlil Albert Einstein v roce 1905.
Objev údajně může vyřešit 80 let starou záhadu v klimatologii. Měření toho, jak mraky pohlcují sluneční světlo, často ukazovala, že pohlcují více slunečního světla, než je podle konvenční fyziky možné. Dodatečné vypařování způsobené tímto fotomolekulárním jevem by mohlo vysvětlit tento dlouholetý rozpor.

Guangxin Lv et al, Photomolecular effect: Visible light interaction with air–water interface, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2320844121

Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / MIT News / Phys.org, přeloženo / zkráceno