Свет может испарять воду без нагрева
7 мая 2024, 15:35 [ «Аргументы Недели» ]
Исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что свет может вызывать испарение, а не только тепло, демонстрируя это на различных природных и искусственных водных поверхностях. Это открытие может повлиять на моделирование климата и привести к инновациям в солнечной энергии и технологиях очистки воды, сообщает «scitechdaily».
Это самый фундаментальный из процессов — испарение воды с поверхности океанов и озер, сжигание тумана на утреннем солнце и высыхание соленых прудов, которые оставляют после себя твердую соль. Испарение окружает нас повсюду, и люди наблюдают за ним и используют его с тех пор, как мы существуем.
И все же, оказывается, мы все это время упускали большую часть картины.
В серии кропотливо точных экспериментов команда исследователей из Массачусетского технологического института продемонстрировала, что тепло не единственное, что заставляет воду испаряться. Свет, попадая на поверхность воды, где встречаются воздух и вода, может расщеплять молекулы воды и поднимать их в воздух, вызывая испарение при отсутствии какого-либо источника тепла.
Удивительное новое открытие может иметь широкий спектр существенных последствий. Это может помочь объяснить загадочные многолетние измерения того, как солнечный свет влияет на облака, и, следовательно, повлиять на расчеты влияния изменения климата на облачный покров и осадки. Это также может привести к новым способам проектирования промышленных процессов, таких как опреснение на солнечной энергии или сушка материалов.
Полученные результаты, а также множество различных доказательств, демонстрирующих реальность этого явления и детали того, как оно работает, описаны сегодня в журнале PNAS, в статье профессора энергетики Карла Ричарда Содерберга Ган Чена, постдоков Гуансинь Лю и Яодун Ту, а также аспиранта Джеймса Чжана.
Авторы говорят, что их исследование предполагает, что этот эффект должен быть широко распространен в природе — повсюду, от облаков до туманов и поверхностей океанов, почв и растений — и что он также может привести к новым практическим применениям, в том числе в энергетике и производстве чистой воды. «Я думаю, что у этого есть много применений», — говорит Чэнь. «Мы изучаем все эти разные направления. И, конечно, это также влияет на фундаментальную науку, например, на влияние облаков на климат, потому что облака являются наиболее неопределенным аспектом климатических моделей».
Они назвали это фотомолекулярным эффектом по аналогии с фотоэлектрическим эффектом, который был открыт Генрихом Герцем в 1887 году и окончательно объяснен Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Этот эффект был одной из первых демонстраций того, что свет также обладает характеристиками частиц, что имело большое значение для физики и привело к широкому спектру применений, включая светодиоды. Точно так же, как фотоэлектрический эффект высвобождает электроны из атомов в материале в ответ на попадание фотона света, фотомолекулярный эффект показывает, что фотоны могут высвобождать целые молекулы с поверхности жидкости, говорят исследователи.
«Обнаружение испарения, вызванного светом, а не теплом, дает новые знания о взаимодействии света и воды», — говорит Сюлинь Жуан, профессор машиностроения в Университете Пердью, который не принимал участия в исследовании. «Это может помочь нам получить новое понимание того, как солнечный свет взаимодействует с облаками, туманом, океанами и другими естественными водоемами, влияя на погоду и климат. Он имеет значительный потенциал практического применения, например, высокоэффективное опреснение воды с помощью солнечной энергии. Это исследование относится к редкой группе по-настоящему революционных открытий, которые не сразу получают широкое признание в сообществе, но требуют времени, иногда длительного времени, чтобы быть подтвержденными».