Bir cam masaya su döktüğünüzde, su birkaç saniyeliğine yayılır ve ardından farklı su birikintilerinde durur. Bu oluşumlar suyu bir havluyla lekelemek ve temizlemek için daha kolay hale getirir, ancak geleneksel fizik yasaları suyun süresiz olarak yayılması gerektiğini söyler. Öyleyse neden yapmıyor?
Yeni araştırma, su birikintilerinin, yer altı kayalarındaki karbondioksit deposunu oluşturan farklı yollara bağlanıyor. Soğutulduğu ve sıkıştırıldığı zaman, bu gaz, bir sıvının pürüzsüz bir yüzeye yayılma şekline benzer bir süreçte bir kaya gözeneklerine veya kaya taneleri arasındaki boşluklara sızabilir. Massachusetts Institute of Technology'de (MIT) sivil ve çevre mühendisliği profesörü olan ortak yazar Ruben Juanes, “Temel olaylardan bazıları her iki durum için de ortaktır” dedi.
Bulguların iklim değişikliğinin etkilerini hafifletmeye yönelik etkileri vardır, çünkü atmosferden karbondioksit enjekte etmek, sera gazı emisyonlarının azaltılmasına ve küresel sıcaklıkların daha soğuk olmasına yardımcı olabilir. [8 Küresel Isınmanın Yolları Zaten Dünyayı Değiştiriyor]
Aşk-nefret ilişkisi
Suyun bir yüzeyden akması, yüzeyin ne kadar "sudan" hoşlandığına bağlıdır. Hidrofilik (su seven) olan yüzeyler sıvının yayılmasına ve tamamen örtülmesine izin verecektir. Bununla birlikte, hidrofobik (su itici) yüzeyler sıvıyı, yüzeyle mümkün olan en küçük teması sağlayacak şekilde kıstırırlar, diyor Amir Pahlavan, çalışmanın baş yazarı ve Juanes'in MIT'deki araştırma grubundaki bir yüksek lisans öğrencisi.
Hidrofilik ve hidrofobik yüzeyler hem flora hem de faunada doğal olarak oluşur. Birçok yaprak hidrofobiktir - yağmurlu bir günün ardından, yaprakların yüzeylerinde küçük damlacıklar birikmektedir. Damlacıkların yaprağa ne kadar az temas ettikleri ya da küre şeklindeki damlacıklar ne kadar az olursa, yaprak ne kadar hidrofobik olur.
Afrika'nın Namib Çölü'nün stenocara böceği, hem hayatta kalmasına yardımcı olan hem hidrofobik hem de hidrofilik özelliklere sahiptir. Böceğin zırh kaplı gövdesi ve kanatları, sayısız minik darbelere ve kırıntılara neden olur. Hidrofilik çarpmalar, sisi, hidrofobik işaretler içinde toplayan su damlacıkları içine yoğunlaştırmaya yardımcı olur. Bu lekeler daha sonra damlacıkları böceğin ağzına yönlendirir ve böceğe bir yudum su verir.
Ama neden yüzeyler sıvılara çok özeldir? Araştırmacılar, "ıslanabilirlik" adı verilen descriptiyal bir yüzey özelliği ile ilgilidir. Islanabilirlik, bir akışkan veya gaz ile katı bir faz arasındaki etkileşimi açıklar; Örneğin bir kaya bir katı faz olarak kabul edilir ve yağmur suyuyla (karbonik asit oluşturarak) karışan karbondioksit bir sıvıdır. Daha fazla hidrofilik olan bir kaya, daha fazla karbonik asit emebilir.
Bir kayaçların ıslanabilirliği, tanelerinin şekli, büyüklüğü ve düzgünlüğü ile değişir. Daha küçük taneli ve daha küçük gözenekli kayalar, tercihen su ile doyurulur.
Damlacık mı, damlamaz mı?
Bir sıvı gözenekli bir kaya üzerine akarken (çok fazla boş alanla dolu olan), sıvı mikroskobik ölçekte hava değiştirir. Pahlavan WordsSideKick.com'a verdiği demeçte, sıvı atomların sistemin atomlarını nasıl etkilediğini anlamak, sistemi tam olarak tanımlamak için önemlidir.
Her ne kadar sıvı moleküller kendi türleriyle çevrili olmayı tercih etseler de, gaz atomlarıyla çevrildiklerinde gazla etkileşime girerler. Bu etkileşim yüzey gerilimine neden olur.
Pahlavan, "Kalın, sıvı bir filmle kaplı bir tablonuz olduğunu düşünün." Dedi. Masanın üstündeki hava, etrafında hareket eden gaz atomları içerir; Daha sonra, bunun altında, gaz atomları kalın, sıvı filmi karşılar. Gaz ve sıvının buluştuğu yer, katı tablo ile etkileşime giren sıvı alanın büyüklüğüdür [Galeri: Rüya Görüntüleri, Fizikteki Güzelliği Gösterir]
Sıvı filmi sıkmak onu stabilize eder ve sıvıyı bireysel damlacıklar oluşturacak şekilde zorlar. Pahlavansaid, "Bunun neden gerçekleştiğine şaşkına dönmüştük."
Sıvı sıkılırken, sıvı tabakanın hacmi kaybolur. Sonuç olarak, sıvı atomlar yukarıdaki havadaki gaz partikülleri ve alttaki partiküller ile etkileşime girmeye zorlanır. Pahlavan, "Bu, sistemde, birleşik baskı olarak bilinen ek bir baskıya yol açıyor" dedi. Bu basıncın mikroskobik bir ölçekte hareket ettiği ve iki etkileşim evresinin (gaz ve sıvı gibi) alanı başına kuvvet olarak ölçüldüğü belirtildi.
Kayalar mağaza karbon
Sıvıların kayalarla nasıl etkileştiğini incelerken farklı basınçlar devreye giriyor. Juanes, "Bir akifer veya yeraltı rezervuarı gibi gözenekli bir ortamda suyla çevrili bir yağın bulunduğunu hayal edin. Geleneksel denklem, bu tüylerin sonsuza kadar yayılacağını tahmin ederdi - ama bu gerçekleşmez," dedi.
Yağ karışmayan bir sıvıdır, yani başka akışkanlarla karışmak istemez. Bir sıvının gözenekli bir kaya üzerinde nasıl aktığını açıklayan bir denklem çıkarmak için, araştırmacılar karışmazlığın etkisini yakalamak isterler.
Örneğin, kömür bitkilerinden yakalanan karbondioksitin yeraltındaki kayalara pompalanmasını içeren jeolojik karbon sekestrasyonunun etkinliği, kayaların karbondiokside ne kadar iyi girdiğine bağlıdır.
Bu madde yeraltında bulunan tuzlu su ile neredeyse tamamen karışmaz.Araştırmacılar, enjekte edilen karbondioksitin çok ince yayılmasını engelleyen mikroskobik kuvvetleri anlamak, yeraltı kayalıklarında aşağı doğru hareket ettiğini bildirebilir.
Çalışma 17 Temmuz tarihli Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde yayınlandı.
Elizabeth Goldbaum açık heyecan. Canlı Bilimi Takip Et @wordssidekick, Facebook & Google+. Canlı Bilim ile ilgili orijinal makale