Proces parowania, jeden z najpowszechniejszych na naszej planecie, przebiega inaczej niż się dotychczas wydawało – wykazały nowe symulacje komputerowe przeprowadzone w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Odkrycie niesie dalekosiężne konsekwencje m.in. dla obecnych modeli globalnego klimatu, gdzie kluczową rolę odgrywa parowanie oceanów.

Parowanie wydawało się już zjawiskiem odartym z tajemnic. W uznanym czasopiśmie naukowym „Soft Matter” fizycy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie udowadniają, że to przekonanie było błędne i mechanizm parowania musi działać inaczej niż dotychczas zakładano. W rozważaniach naukowych i technicznych do opisu szybkości parowania używa się wzoru Hertza-Knudsena – zależności znanej od ponad stu lat. Wynika z niej dość intuicyjne przewidywanie: w danej temperaturze szybkość parowania cieczy zależy od tego, jak aktualne ciśnienie przy powierzchni różni się od ciśnienia, które panowałoby, gdyby parująca ciecz znajdowała się w równowadze termodynamicznej z otoczeniem. Zaawansowane symulacje komputerowe, przeprowadzone z użyciem dynamiki molekularnej, wykazały, że wartości niektórych parametrów opisujących parowanie są nawet kilkukrotnie większe od przewidywanych przez wzór Hertza-Knudsena. Zauważono jednak efekt znacznie ciekawszy: strumień gazu uwalniającego się z powierzchni cieczy w trakcie parowania zmieniał się w niewielkim stopniu mimo znacznych fluktuacji ciśnienia.

Dotychczasowy model parowania bazował na zasadzie zachowania masy: masa cząsteczek uwolnionych z powierzchni cieczy musiała odpowiednio zwiększać masę gazu w jej otoczeniu. Fizycy z IChF PAN zauważyli jednak, że skoro cząsteczki uwalniane z powierzchni mają pewną prędkość, do opisu zjawiska należałoby użyć zasady zachowania pędu. W nowych symulacjach komputerowych zmierzono także prędkości cząsteczek uwalnianych z powierzchni cieczy. Okazały się one niewielkie, rzędu setek mikrometrów na sekundę, co odpowiada zaledwie kilku kilometrom na godzinę. Fakt ten oznacza, że praktycznie każdy naturalnie występujący przepływ nad powierzchnią cieczy musi silnie zaburzać proces parowania. Nie można więc go opisywać wzorem wyprowadzonym dla bardzo szczególnego przypadku, dla cieczy znajdującej się w równowadze termodynamicznej z otoczeniem.

Odkrycie naukowców z IChF PAN ma ogromne znaczenie m.in. dla zrozumienia rzeczywistych mechanizmów odpowiedzialnych za globalne ocieplenie. Wbrew potocznemu przekonaniu, gazem cieplarnianym najobficiej występującym w atmosferze naszej planety nie jest dwutlenek węgla, lecz para wodna. Wiadomo jednocześnie, że prędkości przepływów mas powietrza nad oceanami mogą znacznie przekraczać sto kilometrów na godzinę, a zatem z pewnością wpływają na szybkość parowania. Dotychczasowe oceny tempa parowania oceanów muszą więc być obarczone błędami, co z pewnością rzutuje na dokładność przewidywań współczesnych modeli ziemskiego klimatu. Naukowcy z IChF PAN prowadzą badania nad parowaniem we współpracy z Instytutem Fizyki PAN w Warszawie, gdzie są realizowane doświadczenia weryfikujące poprawność symulacji. (kk)

(http://ichf.edu.pl/, 22.10.2015)