غزال زیاری: شاید اغلب ما فکر کنیم که یخ، برای خنک کردن نوشیدنیها در تابستان، سر برآوردن باشکوه از دل اقیانوسها در قالب یخچالهای طبیعی یا در نهایت لیز کردن جادهها در زمستان کاربرد دارد. اما واقعیت به نحو دیگری است و بدون تردید ارزش و اهمیت یخ بهمراتب بیشتر از این حرفها است. حتی اگر در نگاه اول چندان هیجانانگیز و کاربردی به نظر نیاید.
حتی شاید برایتان جالب باشد بدانید که یخ یک ابرقدرت پنهان در خود دارد. طبق کشف اخیر گروهی از پژوهشگران، یخ خاصیتی به نام انعطاف الکتریکی (Flexoelectricity) دارد؛ بدین معنا که در واکنش به فشارهای مکانیکی ناشی از خم شدن و تغییر شکلهای مشابه مثل پیچش، برق تولید میکند. این ویژگی با مواد پیزوالکتریک (مثل کوارتز) که تحتفشار، بار الکتریکی ذخیره میکنند متفاوت است. البته طبیعتاً یک قالب یخ مکعبی خم نمیشود، اما پژوهشگران نشان دادند که ورقههای بسیار نازک یخ این قابلیت را دارند که خاصیت الکتریکی از خود بروز دهند.
ارتباط عجیب یخ با صاعقه
این تیم به رهبری شین ون، فیزیکدان دانشگاه شیآن جیاتونگ چین، این آزمایش را با یخ شور هم تکرار کردند و متوجه شدند که یخ شور نهتنها توان تولید بار الکتریکی دارد، بلکه میتواند برقی هزار برابر قویتر از یخ خالص ایجاد کند.
قبل از این مشخص شده بود که برخورد یخچالها یا ترک برداشتن صفحات یخی به دلیل فشارهای عظیم، ممکن است برق تولید کند، اما خاصیت ذاتی انعطاف الکتریکی یخ تا همین اواخر ناشناخته مانده بود. البته این بار الکتریکی فقط در تودههای عظیم یخی رخ نمیدهد. شبیهسازی شین ون در آزمایشگاه نشان داد که هنگام برخورد ذرات یخ کوچک با ذرات بزرگتر در درون ابرهای تندری چه اتفاقی رخ میدهد. نتایج بهدستآمده شگفتآور بود و شباهت زیادی به رخدادهای طبیعی داشت. این ممکن است نشان دهنده نقش برخورد این ذرات یخی در شکلگیری صاعقههای آسمان باشد.
شین ون در مقالهای در این باره نوشت: «این یافتهها به ما در درک پدیدههای طبیعی مرتبط با یخ نقش پررنگی دارد. محاسبات ما از چگالی بار انعطاف الکتریکی ایجادشده در برخوردهای یخی داخل ابرهای تندری با نتایج تجربی همخوانی زیادی دارد و نشان میدهد که انعطاف الکتریسیته یخ ممکن است در تولید صاعقه نقش داشته باشد.»
اما ماجرا به همینجا ختم نمیشود. گرچه یخ خالص بهتنهایی میتواند برق تولید کند، اما با افزودن مقداری نمک، آن را بهمعنای واقعی کلمه فوق شارژ میکند. پژوهشگران با خم کردن ورقههای یخی با سطوح متفاوت شوری متوجه شدند که هرچه غلظت نمک در آب بیشتر باشد، میزان برق تولیدی افزایش یافته و در غلظت ۲۵% نمک به اوج میرسد. در این حالت، بار الکتریکی هزار برابر بیشتر از یخ خالص و یکمیلیون برابر قویتر از نمک تنها بود.
دلیل آنکه یخ شور چنین نیروی عظیمی تولید میکند این است که مولکولهای آب، مولکولهای نمک و یونها از سمت فشردهشده به سمت کشیده شده ورقه یخ به جریان درمیآیند و از آنجا که یخ ماده چند بلوری متشکل از انواع مختلف کریستالهاست، یونها میتوانند از فضاهای میان کریستالها عبور کنند. در سطح تماس یخ و لایه نازک آب ذوبشده روی آن، مقادیر نامتعادلی از یونهای مثبت و منفی تجمع میکنند. همین جریان مولکولها و یونها، بار خالص ایجاد شده و به یک جریان روان الکتریکی تبدیل میشود.
تولید برق از یخچالهای طبیعی
این پدیده که انعطاف الکتریسیته جریانی نام دارد، انقلابی در بهرهبرداری از انرژی آب ایجاد خواهد کرد؛ بهویژه با در نظر داشتن این نکته که حدود یکدهم کره زمین زیر پوششی از یخ قرار دارد که بخش بزرگی از آن یخ شور است. آبهای ذوبشده زیر یخچالها و صفحات یخی هم سرشار از یون هستند و جریان و تخلیه آنها، برق تولید میکند. این احتمالاً به معنای دستیابی به منبعی پایدار از انرژی خواهد بود و شاید حتی در آینده کاربردهای بیشتری نیز داشته باشند.
پژوهشگران درعینحال دراین باره نوشتند: «انعطاف الکتریسیته بالای یخ شور، چشمانداز استفاده از نیروی یخ را یک گام به واقعیت نزدیکتر میکند و درعینحال ممکن است با فعالیتهای الکتریکی در نواحی پوشیده از یخ روی زمین و جهانهای اقیانوسی یخپوش از جمله اروپا یا انسلادوس مرتبط باشد.»
حتی ممکن است انرژی الکتریکی حاصل از یخ، همان منبع تأمین انرژیای باشد که شیمی پیشازیستی (یعنی تشکیل پیشسازهای حیات) روی اروپا (از اقمار مشتری) را تغذیه میکند. پوسته یخی این قمر بر فراز اقیانوس شور زیرینش، یکی از محتملترین مکانها برای شکلگیری و حتی شکوفایی حیات فرازمینی، شناخته میشود.
منبع: popularmechanics
۵۸۳۲۱
