นักวิจัยจีนไขกระบวนการ 'ก่อนผิวน้ำแข็งละลาย' ด้วยการส่องกล้องลึกระดับอะตอม

[playlist type="video" tracklist="false" ids="438429"]

ปักกิ่ง, 23 พ.ค. (ซินหัว) -- บทความวิจัยที่เผยแพร่ในวารสารเนเจอร์ (Nature) เมื่อวันพุธ (22 พ.ค.) เปิดเผยว่าคณะนักวิจัยของจีนได้สังเกตการณ์ภาพความละเอียดของพื้นผิวน้ำแข็งในระดับอะตอม และค้นพบว่าพื้นผิวน้ำแข็งเริ่มหลอมละลายเมื่ออุณหภูมิ -153 องศาเซลเซียส

อนึ่ง พื้นผิวน้ำแข็งเป็นตัวกลางสำคัญสำหรับการเกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและปฏิกิริยาในบรรยากาศหลายรูปแบบ ซึ่งมีอิทธิพลสำคัญต่อการก่อตัวของน้ำแข็ง การสูญเสียโอโซนในชั้นบรรยากาศ และการปล่อยประจุไฟฟ้าของเมฆฝนฟ้าคะนอง

ก่อนหน้านี้ ความเข้าใจเกี่ยวกับพื้นผิวน้ำแข็งมีอยู่อย่างจำกัด เนื่องจากขาดแคลนวิธีการทดลองที่ละเอียดถึงในระดับอะตอม

นักวิจัยจากคณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยปักกิ่ง และสถาบันสหวิทยาการด้านวัสดุศาสตร์ระดับควอนตัมของธาตุน้ำหนักเบา (Interdisciplinary Institute of Light-Element Quantum Materials) ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมของจีนที่ชื่อว่าคิวพลัส (qPlus) มาพัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพแบบจำแนกอะตอมไฮโดรเจนและพันธะเคมี ทำให้สามารถรับรู้ทิศทางของโมเลกุลน้ำ และระบุตำแหน่งการกระจายตัวของอะตอมไฮโดรเจนแขนขาด (dangling) ได้อย่างแม่นยำ

การศึกษาพบว่าพื้นผิวน้ำแข็งมักเริ่มหลอมละลายเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศาเซลเซียส ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าไอซ์ พรีเมลติง (ice premelting) หรือกระบวนการก่อนผิวน้ำแข็งละลาย ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจการก่อตัวของเมฆและการละลายของธารน้ำแข็ง

โดยทั่วไปนั้นเชื่อกันว่าจุดเริ่มต้นของปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ -70 องศาเซลเซียส ขณะที่ข้อถกเถียงเรื่องโครงสร้างของพื้นผิวน้ำแข็งและกลไกก่อนการหลอมละลายมีอยู่มานานกว่า 170 ปีแล้ว

คณะนักวิจัยได้สังเกตกระบวนการก่อนการหลอมละลายบนพื้นผิวน้ำแข็งในระดับอะตอมโดยใช้การทดลองการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ก่อนค้นพบว่ากระบวนการดังกล่าวเริ่มเมื่ออุณหภูมิ -153 องศาเซลเซียส

หวังเอินเกอ นักวิชาการจากสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์แห่งชาติจีน กล่าวว่าการศึกษาดังกล่าวได้ปรับแก้ความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นผิวน้ำแข็งและกลไกก่อนการหลอมละลายของพื้นผิวน้ำแข็งที่มีอยู่มาอย่างยาวนาน

(ภาพจากคณะนักวิจัยจากคณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยปักกิ่งและสถาบันสหวิทยาการด้านวัสดุศาสตร์ระดับควอนตัมของธาตุน้ำหนักเบา : ภาพผลลัพธ์โครงสร้างอะตอมบนพื้นผิวน้ำแข็ง) (ภาพจากคณะนักวิจัยจากคณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยปักกิ่งและสถาบันสหวิทยาการด้านวัสดุศาสตร์ระดับควอนตัมของธาตุน้ำหนักเบา : ภาพความละเอียดระดับอะตอมของกระบวนการที่เกิดขึ้นก่อนพื้นผิวน้ำแข็งจะหลอมละลาย)[/caption]