Revolutionäre Entdeckung: Sie zeigen, dass Licht Wasser verdampfen kann, ohne dass dafür Wärme benötigt wird
Sie entdecken, dass nicht nur Wärme Wasser verdampfen kann. Der photomolekulare Effekt ist der Prozess, durch den Licht auch ohne Wärme Wasser verdampft. Diese Erkenntnis ist von grundlegender Bedeutung für die Meteorologie und andere Bereiche der angewandten Wissenschaften.
Wenn wir an den Vorgang der Wasserverdampfung denken, verbinden wir dies mit dem Vorhandensein von Wärme. Durch die Erhöhung der Temperatur kann Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehen, das heißt, es kann zu Wasserdampf werden. Dieser Prozess ist einer der häufigsten in der Atmosphäre, in der wir unterhalb des Gefrierpunkts leben. Jetzt haben Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) herausgefunden, dass Licht Wasser von einer Oberfläche verdampfen lassen kann, ohne dass dafür Wärme benötigt wird.
Noticias de la Ciencia berichtet, dass in den letzten Jahren seinige Forscher überrascht waren, als sie feststellten, dass das Wasser in ihren Experimenten, das in einem schwammartigen Material, dem so genannten Hydrogel, aufbewahrt wurde, schneller verdunstete, als es durch die Menge an Wärme oder thermischer Energie, die das Wasser erhielt, erklärt werden konnte. Und die Überschreitung war beträchtlich: doppelt, dreifach oder sogar noch mehr als die theoretische Höchstgeschwindigkeit.
Die Frage, die sich daraus ergab, war also mehr als logisch: Welcher andere Faktor beeinflusst die Verdunstung über das hinaus, was die Wärme erzeugen kann? Die Forschungsergebnisse, die zur Beantwortung dieser Frage führten, wurden am 23. April in einem Artikel von MIT News veröffentlicht. Es wird darauf hingewiesen, dass der von den Forschern entdeckte überraschende "photomolekulare Effekt" die Berechnungen zum Klimawandel beeinflussen und zu Verbesserungen bei Entsalzungs- und Trocknungsprozessen führen könnte.
Es würde helfen, die Physik der Wolken besser zu verstehen
The technical details of the work led by Yaodong Tu were published in the journal PNAS. What was demonstrated is that under certain conditions, at the interface between water and air, light can directly cause evaporation without the need for heat, and in fact it does so even more effectively than heat. In these experiments, water was held in a hydrogel-based material, but the researchers believe that the phenomenon can also occur under other conditions.
Konkret kann Licht, wenn es auf die Wasseroberfläche trifft, wo Luft und Wasser zusammentreffen, Wassermoleküle aufbrechen und sie in der Luft schweben lassen, was zu Verdunstung führt, ohne dass eine Wärmequelle vorhanden ist. Diese Entdeckung könnte dazu beitragen, rätselhafte Messungen zu erklären, die im Laufe der Jahre durchgeführt wurden, um zu zeigen, wie das Sonnenlicht die Wolken beeinflusst, und somit die Berechnungen der Auswirkungen des Klimawandels auf die Wolkendecke und die Niederschläge beeinflussen. Sie könnte auch zu neuen Wegen bei der Gestaltung industrieller Prozesse wie der Entsalzung oder der solarbetriebenen Materialtrocknung führen.
Die Wissenschaftler erklären, dass sie 14 verschiedene Experimente durchgeführt haben, um die Existenz des photomolekularen Effekts nachzuweisen. Sie untersuchten mit dem Laser einzelne Luft-Wasser-Grenzflächen und zeigten Reaktionen, die von der Polarisation, dem Einfallswinkel und der Wellenlänge abhingen und im grünen Bereich ihren Höhepunkt erreichten, wo die Wassermasse nicht absorbiert.
In der Zusammenfassung der Arbeit heißt es: "Wir schlagen vor, dass der photomolekulare Effekt einen Mechanismus bietet, um das seit langem bestehende Rätsel zu lösen, dass die gemessene Sonnenabsorption von Wolken größer ist als die theoretischen Vorhersagen, die auf den optischen Konstanten von Wasser basieren, und wir zeigen, dass das sichtbare Licht Wolken erwärmen kann".
Photomolekulare Verdunstung ist in der Natur weit verbreitet
In den Schlussfolgerungen der Forschung wird darauf hingewiesen, dass die Arbeit darauf hindeutet, dass photomolekulare Verdunstung in der Natur häufig vorkommt. Dieser Prozess findet überall statt, von den Wolken bis zum Nebel, über die Oberflächen der Ozeane, Böden und Pflanzen. Und er könnte auch zu neuen praktischen Anwendungen führen, z. B. bei der Erzeugung von Energie und sauberem Wasser.
Die neue Arbeit basiert auf im letzten Jahr veröffentlichten Forschungen, die diesen neuen "photomolekularen Effekt" beschrieben, aber nur unter sehr speziellen Bedingungen: auf der Oberfläche von speziell präparierten Hydrogelen, die in Wasser getränkt sind. In der neuen Studie zeigen die Forscher, dass das Hydrogel für den Prozess nicht notwendig ist; er tritt auf jeder Wasseroberfläche auf, die dem Licht ausgesetzt ist, sei es eine flache Oberfläche wie ein Gewässer oder eine gekrümmte Oberfläche wie ein Wolkendampftröpfchen.
Ein Schlüsselindikator, der in vier verschiedenen Arten von Experimenten unter unterschiedlichen Bedingungen durchgängig beobachtet wurde, war, dass, wenn Wasser unter sichtbarem Licht aus einem Testbehälter zu verdampfen begann, die über der Wasseroberfläche gemessene Lufttemperatur abkühlte und sich dann stabilisierte, was zeigt, dass thermische Energie nicht die treibende Kraft für den Effekt war.
Weitere wichtige Indikatoren waren, dass der Verdunstungseffekt je nach Winkel des Lichts, der genauen Farbe des Lichts und seiner Polarisation variierte. Keine dieser Variationen sollte auftreten, da Wasser bei diesen Wellenlängen kaum Licht absorbiert, und doch beobachteten die Forscher sie.
Quellenhinweis:
Guangxin Lv, et.al., Photomolecular effect: Visible light interaction with air–water interface, PNAS, 2024.