Ученые из Массачусетского технологического института сделали интересноее открытие: свет сам по себе способен испарять воду, причем даже эффективнее, чем тепло. Это открытие может улучшить наше понимание природных явлений или улучшить системы опреснения воды.
Испарение происходит, когда молекулы воды вблизи поверхности жидкости поглощают достаточно энергии, чтобы уйти в воздух наверху в виде газа – водяного пара. Как правило, источником энергии является тепло, а в случае круговорота воды на Земле это тепло исходит в основном от солнечного света.
Но в последние несколько лет разные группы ученых заметили расхождения в своих экспериментах, касающихся воды, содержащейся в гидрогелях.
Вода, по-видимому, испарялась с гораздо большей скоростью, чем это было возможно, исходя из количества тепла, которое она получала, иногда в три раза превышая теоретическую максимальную скорость.
Поэтому в новом исследовании ученые решили выяснить, что может происходить. После нескольких базовых экспериментов они заподозрили, что избыточное испарение вызвано самим светом. Идея удивительна, потому что вода на самом деле не поглощает свет – поэтому вы можете видеть сквозь нее на приличную глубину, если она чистая.
Чтобы проверить свою гипотезу, ученые поместили образец гидрогеля в контейнер на весах, последовательно подвергли его воздействию света разной длины волны и измерили количество массы, которое он потерял с течением времени в результате испарения.
Оборудование тщательно контролировалось, а освещение было экранировано, чтобы предотвратить попадание тепла в систему и искажение результатов.
И действительно, вода испарялась со скоростью, намного превышающей допустимую температурой. Степень испарения, по-видимому, менялась в зависимости от длины волны света, достигая максимума при длине волны зеленого света. Эта зависимость от цвета доказывает, что испаряемость не связана с теплом.
Затем исследователи повторили эксперимент в темноте, используя электричество для подачи к гидрогелю того же количества тепла, что и в световом эксперименте. Скорость испарения воды оставалась в пределах температурного предела и намного ниже той, которая достигается при воздействии света.
Команда ученых назвала новое явление «фотомолекулярным эффектом» и предположила, что фотоны света потенциально могут «отщеплять» кластеры молекул воды вблизи поверхности жидкости.
Хотя до сих пор такой эффект наблюдался только в тщательно контролируемых лабораторных условиях, исследователи говорят, что это может происходить и в природе, например, в облаках или на поверхности моря, хотя в этих условиях тепло, вероятно, все еще выполняет большую часть работы.
Ученые также предполагают, что фотомолекулярный эффект потенциально может быть использован для повышения эффективности таких систем, как опреснение или испарительное охлаждение.
Исследователи уже получили грант на изучение его использования в опреснении с помощью солнечной энергии, которое, по их оценкам, может повысить эффективность в три или четыре раза. У них также есть финансирование для изучения того, может ли этот эффект влиять на климатические модели.
Исследование было опубликовано в журнале PNAS.