水の蒸発プロセスについて考えるとき、私たちはそれを熱の存在と関連付けます。温度を上げると、水は液体状態から気体状態、つまり水蒸気に変化します。このプロセスは、私たちが氷点下で生活している大気中で最も一般的なプロセスの 1 つです。今回、マサチューセッツ工科大学 ( MIT ) の科学者たちは、光によって熱を必要とせずに表面から水を蒸発させることができることを発見しました。
ウェブサイト Noticias de la Cienciaによると、近年、ヒドロゲルとして知られる海綿状物質に保持された実験中の水が、熱量で説明できるよりも速い速度で蒸発するのを見て驚いた研究者もいるという。 .（または熱エネルギー）、水が受け取りました。そして超過額は大幅に増加しており、理論上の最大金利の 2 倍、3 倍、さらにはそれ以上となっています。
したがって、生じた疑問は論理的なものではありませんでした。発生する熱以外に蒸発に影響を与える要因は何ですか?この疑問に答える研究結果は、4 月 23 日にMIT Newsの記事に掲載されました。そこでは、研究者らによって発見された驚くべき「光分子効果」が気候変動の計算に影響を与え、脱塩および乾燥プロセスの改善につながる可能性があることが示されました。
雲の物理学をより深く理解するのに役立ちます
Yaodong Tu 氏が主導した研究の技術的な詳細は、ジャーナル PNAS に掲載されました。実証されているのは、特定の条件下では、水と空気の界面で、光は熱を必要とせずに直接蒸発を引き起こすことができ、実際、熱よりもさらに効果的に蒸発を引き起こすということです。これらの実験では、水がヒドロゲルベースの材料に閉じ込められましたが、研究者らは、この現象は他の条件下でも発生する可能性があると考えています。
具体的には、空気と水が出会う水面に光が到達すると、水分子が破壊されて空気中に浮遊し、熱源がない状態では蒸発が起こります。この発見は、太陽光が雲にどのような影響を与えるかについて長年にわたって行われてきた謎の測定結果、ひいては雲量や降水量に対する気候変動の影響の計算を説明するのに役立つ可能性がある。また、材料の脱塩や太陽光発電による乾燥など、工業プロセスを設計する新しい方法につながる可能性もあります。
科学者らは、光分子効果の存在を実証するために14の異なる実験を行ったと説明している。彼らはレーザーを使用して個々の空気と水の界面を研究し、偏光、入射角、波長に依存する応答を示し、バルク水が吸収されない緑色でピークを迎えました。研究の要約の中で、彼らは次のように述べています。可視光が雲を加熱できることを実証してください。」
光分子の蒸発は自然界では一般的です
研究の結論の中で、この研究は光分子の蒸発が自然界では頻繁に起こっていることを示唆していることが示されています。このプロセスは、雲から霧、海洋、土壌、植物の表面に至るまで、あらゆる場所で発生します。また、エネルギー生産やきれいな水などの新たな実用化につながる可能性もあります。
新しい研究は、この新しい「光分子効果」を説明した昨年発表された研究に基づいていますが、それは水に浸した特別に準備されたヒドロゲルの表面という非常に特殊な条件下でのみでした。新しい研究では、研究者らはこのプロセスにヒドロゲルは必要ないことを示した。 これは、水域などの平面であっても、雲からの水蒸気滴などの曲面であっても、光にさらされた水のあらゆる表面で発生します。
異なる条件下での 4 つの異なるタイプの実験で一貫して観察された重要な指標は、可視光の下で試験容器から水が蒸発し始めると、水面上で測定された気温が冷却されて安定し、その熱温度が示されるということでした。エネルギーは効果の原動力ではありませんでした。明らかになったその他の重要な指標は、蒸発の効果が光の角度、光の正確な色、偏光に応じてどのように変化するかということでした。これらの波長では水はほとんど光を吸収しないため、これらの変動は起こらないはずですが、研究者らはそれらを観察しました。
ニュース参照:
広信、Lv.他。光分子効果: 空気-水界面との可視光相互作用、PNAS、v. 121、2024。
