Ci si potrebbe aspettare che l'acqua evapori molto più velocemente del ghiaccio. Sorprendentemente, ricercatori dell'Università di Amsterdam hanno ora dimostrato che per piccole goccioline di ghiaccio, non è così:ghiaccio e gocce d'acqua scompaiono altrettanto rapidamente. Questo spiega un fatto che gli sciatori sanno bene:la neve appena caduta è molto diversa dalla neve di pochi giorni. I risultati sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura questa settimana.

Se mettiamo un bicchiere d'acqua su un tavolo e aspettiamo a lungo, ci aspettiamo che l'acqua evapori, ma non il bicchiere stesso, o il tavolo. Nella nostra esperienza, i materiali solidi non evaporano; ci aspettiamo quindi intuitivamente ghiaccio, anche un solido, anche per non evaporare in modo significativo. Tuttavia, un tale processo – noto nella terminologia fisica come sublimazione– avviene:gli sciatori sanno, Per esempio, che anche se la temperatura rimane sotto lo zero, qualche centimetro di neve può scomparire in un paio di giorni.

Un risultato sorprendente

Sebbene molto meno studiato dell'evaporazione dei liquidi, la sublimazione del ghiaccio solido ha importanti conseguenze, poiché influisce sul clima (poiché il ghiaccio riflette la luce solare) nonché sulla dimensione e la forma delle particelle di ghiaccio nelle nuvole (producendo fiocchi di neve, chicchi di grandine e granuli di ghiaccio) ed è di fondamentale importanza per la formazione di complessi modelli di erosione come la neve penitente nei nevai ad alta quota.

In una ricerca pubblicata in Comunicazioni sulla natura questa settimana, fisici Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh e Daniel Bonn dell'Università di Amsterdam hanno studiato la sublimazione di piccole gocce di ghiaccio e fiocchi di neve. Sorprendentemente, hanno scoperto che nelle stesse condizioni, la sublimazione di una goccia di ghiaccio congelata avviene altrettanto rapidamente dell'evaporazione della stessa goccia quando è composta da acqua liquida.

La diffusione pone il limite

I ricercatori mostrano che questo effetto sorprendente si verifica perché sia ​​per l'acqua liquida che per il ghiaccio, la velocità di evaporazione è limitata dal processo di diffusione:il modo in cui il vapore acqueo risultante si diffonde lentamente nell'aria. Questa conclusione vale per le goccioline di ghiaccio, ma anche per i fiocchi di neve:questi diventano più arrotondati durante la sublimazione (vedi figura); un processo che in precedenza era attribuito all'influenza della struttura cristallina sottostante. I ricercatori ora sostengono che questa struttura cristallina non è così importante come si pensava in precedenza:i loro argomenti sulla diffusione sono sufficienti per spiegare quantitativamente l'evoluzione delle forme dei fiocchi di neve osservate negli esperimenti.

I risultati spiegano quindi la differenza tra neve appena caduta e neve di pochi giorni. Ma le conclusioni non sono interessanti solo per chi ama sciare, poiché le applicazioni non si limitano a gocce di ghiaccio o fiocchi di neve. I risultati si applicano ugualmente alla dissoluzione di piccoli cristalli, poiché la loro dinamica è governata dalla stessa fisica. Così, i risultati possono essere applicati anche nel controllo delle dimensioni e della forma delle nanoparticelle e dei cristalli di sale o del tasso di dissoluzione dei prodotti farmaceutici.