Испарение происходит, когда молекулы воды достаточно нагреваются, чтобы перейти из жидкого состояния в газообразное — водяной пар. Обычно источником этой 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 с водой, содержащейся в гидрогелях. Вода испарялась с гораздо большей скоростью, чем это было возможно, исходя из количества тепла, которому она подвергалась. Иногда скорость превышала теоретический максимальный показатель втрое.
Ученые из Массачусетского технологического института решили выяснить, почему это происходит. После нескольких базовых экспериментов они заподозрили, что избыточное испарение вызвано самим светом. Идея неожиданная, потому что вода на самом деле не поглощает свет. Именно поэтому мы можем 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, как следствие, искажение результатов.
Вода действительно испарялась со скоростью, намного превышающей допустимую. Степень испарения менялась в зависимости от длины волны света, достигая максимума при длине волны зеленого света. Эта зависимость от цвета доказывает, что она 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 была намного ниже той, которая достигается при воздействии света.
Команда исследователей назвала новое явление «фотомолекулярным эффектом». Они предположили, что фотоны света могут приводить к разрыву кластеров молекул воды вблизи поверхности жидкости. Пока что такое явление наблюдалось только в лабораторных условиях, где проводились контролируемые эксперименты. Однако исследователи считают, что такие процессы могут происходить и в природных условиях, например, в облаках или на поверхности моря, хотя тепловое воздействие, вероятно, играет более важную роль.
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 3-4 раза. Они также выяснят, может ли этот эффект испортить климатические модели.
Ранее вода появилась в неожиданном месте — Долине Смерти, которое считается одной из самых засушливых локаций на Земле. Почему в пустыне образовалось озеро, читайте здесь.
