Новое исследование показывает, как рассол ведет себя при замерзании: от быстрого образования кристаллов до медленной диффузии и образования чистого льда.
Группа ученых представила уникальные результаты, полученные методом микрокомпьютерной томографии, которые впервые в четырех измерениях (3D + время) позволяют подробно наблюдать, как соленая вода превращается в лед и как при этом мигрирует раствор соли. Результаты исследования опубликован в Journal of Fluid Mechanics.
Эксперимент заключался в контролируемом замораживании узкой трубки с соленой водой. Отталкивание соли и рост кристаллов льда оказались куда более сложными и динамичными процессами, чем представлялось раньше. При появлении первых кристаллов льда рассол (жидкая соленая фаза) оказался захваченным в пористой структуре, которая быстро реорганизовывалась, образуя полосы и другие узоры в зависимости от градиента температуры и условий эксперимента.
Исследователи выделили три ключевых этапа в процессе замерзания:
Нуклеация и быстрый рост льда (секунды): кристаллы формируются быстро, а тепло и соль еще не успевают существенно перемещаться;Глобальное тепловое равновесие: рассол вытесняется благодаря расширению при замерзании и конвективным движениям, особенно при направленном замораживании;Медленная диффузия: доминирует диффузионное перемещение рассола, который постепенно мигрирует к более теплому участку, а лед возле холодного слоя становится чище.
В ходе эксперимента наблюдалось множество морфологических форм рассола: полосы, столбики, «юбки» вокруг льда и отдельные карманы рассола, медленно движущиеся внутри структуры. Скорость миграции этих форм следовала определенному порядку: сначала наклонные полосы, затем вертикальные столбики, потом изолированные карманы и уж затем граница чистого льда.
Источник: hi-tech.mail.ru