Descubrimiento revolucionario: demuestran que la luz puede evaporar el agua sin necesidad de calor en el proceso
Descubren que no solo con calor se puede evaporar el agua. El efecto fotomolecular es el proceso por el cual la luz también evapora al agua sin presencia de calor. Este hallazgo es fundamental para la meteorología y otras ramas de las ciencias aplicadas.
Cuando pensamos en el proceso de evaporación del agua, asociamos esto a la presencia de calor. Al aumentar la temperatura el agua puede pasar del estado líquido al gaseoso, o sea convertirse en vapor de agua. Este proceso es uno de los más comunes en la atmósfera en la que vivimos por debajo de los niveles de congelamiento. Ahora, científicos del Massachusetts Institute of Technology (MIT) han descubierto que la luz puede provocar la evaporación del agua de una superficie sin necesidad de calor.
Noticias de la Ciencia cuenta que en los últimos años, algunos investigadores se han quedado sorprendidos al poder comprobar que el agua de sus experimentos, que se mantenía en un material parecido a una esponja y conocido como hidrogel, se evaporaba a un ritmo mayor del que podría explicarse por la cantidad de calor, o energía térmica, que recibía el agua. Y el exceso ha sido significativo: el doble, el triple o incluso más, de la tasa máxima teórica.
Entonces la pregunta que surgía era más que lógica. ¿Qué otro factor estaba incidiendo sobre la evaporación más allá de lo que el calor podía producir?. Los resultados de la investigación que llevó a responder a esta pregunta fueron publicados el pasado 23 de abril en un artículo publicado por MIT News. Allí se indica que el sorprendente “efecto fotomolecular” descubierto por investigadores podría afectar a los cálculos del cambio climático y podría conducir a la mejora de los procesos de desalinización y secado.
Ayudaría a comprender mejor la física de las nubes
Los detalles técnicos del trabajo comandados por Yaodong Tu fueron publicados en la revista PNAS. Lo que se logró demostrar es que en determinadas condiciones, en la interfase entre el agua y el aire, la luz puede provocar directamente la evaporación sin necesidad de calor, y de hecho lo hace incluso con mayor eficacia que el calor. En estos experimentos, el agua se mantenía en un material a base de hidrogel, pero los investigadores creen que el fenómeno puede producirse también bajo otras condiciones.
En concreto, la luz, al incidir sobre la superficie del agua donde el aire y el agua se encuentran, puede romper las moléculas de agua y hacerlas flotar en el aire, provocando la evaporación en ausencia de cualquier fuente de calor. Este descubrimiento podría ayudar a explicar las misteriosas mediciones realizadas a lo largo de los años sobre cómo afecta la luz solar a las nubes y, por tanto, afectar a los cálculos de los efectos del cambio climático sobre la nubosidad y las precipitaciones. También podría conducir a nuevas formas de diseñar procesos industriales como la desalinización o el secado de materiales con energía solar.
Los científicos explican que utilizaron 14 experimentos diferentes para demostrar la existencia del efecto fotomolecular. Utilizaron el láser para estudiar interfaces individuales aire-agua y mostraron respuestas dependientes de la polarización, el ángulo de incidencia y la longitud de onda, que alcanzan su punto máximo en el verde, donde el agua a granel no absorbe. En el resumen del trabajo indican que “sugerimos que el efecto fotomolecular proporciona un mecanismo para resolver el antiguo enigma de que la absorbancia solar medida de las nubes es mayor que las predicciones teóricas basadas en las constantes ópticas del agua a granel, y demostramos que la luz visible puede calentar las nubes”.
La evaporación fotomolecular es frecuente en la naturaleza
Dentro de las conclusiones de la investigación, se indica que el trabajo sugiere que la evaporación fotomolecular es frecuente en la naturaleza. Que este proceso ocurre en todas partes, desde las nubes a las nieblas, pasando por las superficies de los océanos, los suelos y las plantas. Y que también podría dar lugar a nuevas aplicaciones prácticas, como en la producción de energía y agua limpia.
El nuevo trabajo se basa en una investigación publicada el año pasado, que describía este nuevo “efecto fotomolecular” pero sólo en condiciones muy especializadas: en la superficie de hidrogeles especialmente preparados y empapados de agua. En el nuevo estudio, los investigadores demuestran que el hidrogel no es necesario para el proceso; se produce en cualquier superficie de agua expuesta a la luz, ya sea una superficie plana como una masa de agua o una superficie curva como una gotita de vapor de nube.
Un indicador clave, que se observó sistemáticamente en cuatro tipos diferentes de experimentos bajo condiciones distintas, fue que cuando el agua empezó a evaporarse de un recipiente de prueba bajo luz visible, la temperatura del aire medida por encima de la superficie del agua se enfrió y luego se estabilizó, lo que demuestra que la energía térmica no era la fuerza impulsora del efecto. Otros indicadores clave que aparecieron fueron la forma en que el efecto de evaporación variaba dependiendo del ángulo de la luz, el color exacto de la luz y su polarización. Ninguna de estas variaciones debería producirse porque, a esas longitudes de onda, el agua apenas absorbe luz y, sin embargo, los investigadores las observaron.
Referencia de la noticia:
Guangxin Lv, et.al., Photomolecular effect: Visible light interaction with air–water interface, PNAS, 2024.