Valós idejű képalkotással a fagyás rejtelmei között
Mikro-CT felvételek és időbeli 3D-s modellezés segítségével először sikerült négydimenziós (3D+t) részletességgel követni a jégképződés és sókiszorítás folyamatát. Az első másodpercekben a sötét zónákban látható jégkristály-hálózat alakul ki, miközben a világosabb területeken beszorul a brine. A fagyás típusa — lefelé vagy felfelé — jelentősen meghatározza a só mozgását: lefelé fagyáskor sűrű sóoldat-oszlopok süllyednek a középpont felé, míg felfelé fagyásnál a brine inkább a szélekhez áramlik, szoknyára emlékeztető formát rajzolva.
Nem hagyható figyelmen kívül, hogy a fagyás útvonala eltérő lehet, de 24 óra után a jég–brine szerkezet mindkét esetben hasonlóvá válik.
A fagyás három szakasza
A kutatók három szakaszt azonosítottak. Az elsőben, néhány másodperc alatt, a jég gyorsan kialakul, miközben a hő- és sómozgásra alig van idő. Később, amikor a hőmérséklet beáll, a sóoldat elkezd kivándorolni: lefelé fagyásnál felbukkan a sűrűségkülönbség okozta konvekció is. Végül, a harmadik szakaszban a lassú diffúzió veszi át az uralmat, a brine-zsebek pedig fokozatosan vándorolnak a melegebb végek felé, és egyre tisztább jég alakul ki a hideg határ mentén.
Különleges brine minták nyomában
A só kifagyásával sorra keletkeznek egyedi minták: csíkok, oszlopok, szoknyák, zsebek és tiszta jégzónák. Ezek mozgását percektől órákig követni lehet — a dőlt csíkokból álló mintákból függőlegesen rendezett sávok születnek, elszigetelt brine-zsebek lassan mozognak a porózus jégben, míg a legtisztább jég határa folyamatosan terjed a melegebb régiók felé. Feltételezhető, hogy a migráció sebessége a minta típusától függ; a diffúziós folyamatok bizonyos esetekben meghatározóak, míg máskor a mozgás kezdetben jóval gyorsabb, csak később lassul le a várható szintre.
Miért érdekes mindez?
A mikroszkopikus sókiszorítás sosem egyhangú vagy egyenletes, hanem gyors átrendeződésekkel, konvektív áramlásokkal és lassú diffúzióval történik. A sózsebek hosszú ideig megmaradnak a jégben — ezzel megmagyarázható, hogyan marad a természetes tengeri jég viszonylag édes, és új ötletekhez vezethet a tengervíz sótalanításában vagy kriogén eljárások fejlesztésében is.
