Pierwsze w historii udokumentowanie niezwykłego procesu
Do tej pory wędrówka soli pozostawała w sferze naukowych domysłów. Skutki zjawiska były widoczne, lecz nikt nie wiedział, jak dokładnie przebiega. Naukowcy z MIT zastosowali zaawansowaną mikroskopię rentgenowską in situ, by zajrzeć w głąb mechanizmu krystalizacji. Jak wyjaśnia Joseph Phelim Mooney z MIT Device Lab, spekulacje na ten temat trwały od lat, lecz jego zespołu udało się uchwycić takie zjawisko na zdjęciu rentgenowskim. Badacze porównuje tę sytuację do śledzenia punktu zapłonu samonapędzającego się procesu – w mikroskopijnych realiach, rzecz jasna. Wyniki badań na ten temat opublikowano w czasopiśmie Langmuir.
Czytaj też: Potęga drewna, o której nikt nie miał pojęcia. Czy ten materiał zrewolucjonizuje budownictwo?
Obserwacje przyniosły niespodziankę. Okazało się, że wędrówka soli jest znacznie bardziej dynamicznym procesem, niż zakładano. Pojedynczy kryształ nie tylko przylega do powierzchni, lecz aktywnie przebija granicę między cieczą a powietrzem, zmieniając kształt menisku. Członkowie zespołu badawczego opisują, jak kryształ soli – zamiast biernie rosnąć – zaczął wypełniać dostępną przestrzeń. Następnie przebił się przez interfejs ciecz-powietrze i sam przekształcił menisk, tworząc idealne warunki dla następnego kryształu. Ten samonapędzający się proces zapoczątkował kaskadę krystalizacji. Każdy nowy kryształ stwarza warunki sprzyjające powstawaniu kolejnych, prowadząc do lawinowego rozprzestrzeniania się soli. To wyjaśnia, dlaczego zjawisko jest tak ekspansywne i trudne do powstrzymania.
Praktyczne konsekwencje dokonanego przełomu: jak świat mógłby na nim skorzystać?
Odkrycie ma znaczące implikacje praktyczne. W inżynierii lądowej wędrówka soli powoduje pękanie betonowych i kamiennych konstrukcji, skracając ich trwałość. Zrozumienie momentu inicjacji procesu pozwoli na lepsze przeciwdziałanie. Dzięki temu inżynierowie mogą bowiem lepiej projektować powłoki ochronne lub systemy drenażowe, aby zapobiec tej formie degradacji. W konserwacji zabytków zjawisko to sieje szczególne spustoszenie. Sól niszczy freski, malowidła ścienne i starożytne artefakty, często formując się pod powierzchnią, zanim pojawią się widoczne uszkodzenia. Jak donosi serwis informacyjny MIT, nowe ustalenia umożliwią wcześniejsze i precyzyjniejsze działania konserwatorskie.
Czytaj też: Zdumiewający nowy kwantowy stan materii. Odkryto go na styku dwóch nietypowych materiałów
Prace badawcze rozpoczęły się od praktycznego wyzwania. Joseph Phelim Mooney pracował nad udoskonaleniem systemów odsalania, gdy napotkał kłopotliwe zjawisko: narastanie soli okazało się poważną przeszkodą. Sól była wszędzie, pokrywała powierzchnie, zatykała kanały przepływu i podkopywała efektywność realizowanych projektów. W związku z tym poczynione odkrycie może pomóc w kontrolowanej krystalizacji niezbędnej w systemach bezodpływowych. Potencjalnie znajdzie też zastosowanie w rozwijających się technologiach klimatycznych opartych na sterowaniu parowaniem i krystalizacją. W górnictwie zrozumienie fizyki powstawania soli na powierzchniach może pomóc operatorom w optymalizacji wzrostu kryształów, co przełożyłoby się na lepszą wydajność i mniejsze straty materiałowe. W ogólnym rozrachunku badania MIT kończą natomiast dziesięciolecia spekulacji. Naukowcy wreszcie widzą, jak naprawdę działa jeden z najbardziej powszechnych, a zarazem najbardziej destrukcyjnych procesów chemicznych. Daje to solidne podstawy do opracowania skuteczniejszych metod ochrony infrastruktury i dziedzictwa kulturowego przed podstępnym działaniem soli.