Zakaj so ledene sveče nagubane?

Morda se zdi, da znajo fiziki in fizičarke opisati že vse zanimive pojave. Vendar je bil denimo na pogled enostavni nastanek nagubane površine ledenih sveč vir navdiha za znanstveno skupino iz Kanade, ki je svojo študijo nedavno objavila v reviji Physical Review E.

Prejšnje raziskave so videz valovitih sveč pripisovale zračnim mehurčkom, ujetim znotraj ledu, ki naj bi dokazovali hitro rast kristalov ali odtekanje tekočine. V študiji pa so znanstveniki in znanstvenice ugotovili, da so za nagubanje površine ledenih sveč krive nečistoče v tekočini.

Raziskovalke in raziskovalci so ustvarili posebno okolje za rast ledenih sveč. V škatlo z nadzorovano vlažnostjo in temperaturo so z vrha škatle dovajali tekočino, ki je padala na vrtečo se stožčasto podporo. Obrat nosilca je trajal osem minut, zaradi česar so lahko posamezno svečo s fotoaparatom posneli več kot sedemstokrat in naredili popolno tridimenzionalno rekonstrukcijo njene rasti. Skupno so izdelali enainpetdeset ledenih sveč iz destilirane vode, pri čemer so jim primešali različne koncentracije nečistoč, in sicer natrijevega klorida, dekstroze ali natrijevega fluoresceina. Za primerjavo so uporabili vodovodno vodo iz Toronta, ki tvori ledene sveče z izrazito nagubanim površjem. Vsako svečo so z dveh strani stopili do preseka debeline treh milimetrov in poslikali.

Posnetki so pokazali, da so majhne sferične motnje, za katere so prej domnevali, da so zračni mehurčki, pravzaprav žepki tekočine z visoko koncentracijo nečistoč. Da bi se plini ujeli v obliki mehurčkov, bi bila potrebna zelo hitra ohladitev ali pa kakšen drugačen proces, ki zajame in zadrži kapljevino med nastankom sveče. Iz preteklih poskusov je znano, da tekočina po površini sveče teče z veliko prekinitvami, ki predstavljajo območja brez stalnega omočenja, namesto da bi v celoti homogeno namočila ledeno svečo. Narava teh tokov je močno odvisna od koncentracije nečistoč, ki spreminjajo vlažilne lastnosti površine.

Čeprav začetna nestabilnost in vzrok nagubanja nista čisto jasna, je znanstvena skupina predlagala model zaporednega namočenja in zamrzovanja površine. Nečistoče se razporedijo v žagaste vzorce po površini sveče, tok, ki nehomogeno teče po površini sveče, pa povzroča zaporedno namočenje in zamrzovanje ter nadaljnjo rast gub. Čueprav natančen mehanizem nagbanja ledene sveče ni popolnoma jasen, predstavlja raziskava dober vpogled v to, kar bi moral vsebovati točen model rasti. Na koncu avtorice in avtorji opozarjajo še na nejasnost vzroka univerzalnosti valovne dolžine nagubanega ledu in upajo, da bodo z nadaljnjim delom lahko razkrili tudi to neznanko.

Ledene sveče je kristalizirala Tina.

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.106.054211
Vir slike: https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.106.054211