Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


Legg igjen en kommentar

Ørkenbillen og det forsinkede flyet

I den namibiske ørkenen, der ingen skulle tru at nokon kunne bu, lever en bille ved navn Stenocara gracilipes. Om morgenen, når tåken ruller inn fra havet, klatrer billen opp på toppen av en sanddyne og stiller seg med rumpa opp. Etterhvert danner det seg vanndråper på ryggen til billen. Når dråpene har blitt store nok, løsner de og triller nedover til billens munn. Slik blir den stående til den har fått nok vann til å klare seg resten av dagen.

5727784378_89665f9f1c_z

Namibisk ørkenbille. Denne heter Onymacris unguicularis, men fungerer på samme måte som vår venn stenocara. Bilde: James Anderson/Flickr/CC license

Det som får dråpene til å vokse er at ryggen til billen er dekket av et mønster med hydrofile, vannelskende, humper på en hyrofob, vannhatende, bakgrunn. Vannet i tåken fester seg til de hydrofile humpene og bygger seg opp til større og større dråper, som ikke vil spre seg utover på det hydrofobe underlaget. Siden de har en relativt liten overflate å henge seg fast i, løsner de når de har kommet over en viss størrelse, og kan trille fritt nedover som en dråpe på et marikåpeblad.

Denne geniale billeteknologien har forskere en god stund brukt som utgangspunkt for overflater som kan høste drikkevann fra luftfuktighet i tørre områder. Men det er mer. Som vi kjenner godt til, kan fuktig luft fryse på overflater. Dette kan skape forsinkelser i flytrafikken fordi flyene må stå i kø for å komme bort til den sci-fi aktige avisningsmaskinen. Her sprayes gufne eller mindre gufne kjemikalier på flyvingene for å senke frysepunktet, slik at det blir mindre sjanse for nedising. Kanskje ørkenbillen kan gi oss et hint om hvordan dette kan gjøres bedre?

Svaret er selvfølgelig ja, og her kommer oppdagelsene på løpende bånd. I desember i fjor ble det publisert en artikkel der man viser hvordan avisingen kan gjøres bedre ved å spraye på frostvæsken som små dråper istedenfor en sammenhengende hinne. De små dråpene av frostvæske er nemlig slik at de gjerne vil ha mer vann i seg. Når vanndampen kommer i nærheten av disse dråpene, og får valget mellom å starte en ny liten dråpe på underlaget ved siden av eller å hoppe inn i frostvæskedråpen, velger de helst det siste. Om  disse dråpene legges med passe stort mellomrom, vil de dermed holde overflaten tørr mellom seg. Vannet som har havnet i frostvæsken blandes fort med resten av dråpen, slik at frysepunktet holdes lavt. Om man legger frostvæsken jevnt utover hele flyvingen, skjer blandeprosessen treigere, og det vil lettere kunne dannes et lag med nesten rent vann på toppen av hinnen, som kan fryse til is. Derfor er dråpemetoden mer effektiv.

Det neste forslaget, som ble publisert i Nature nå i januar, er å kle flyvingen i en ørkenbille-drakt. Da vil vannet samle seg på de vannelskende flekkene, med tørre områder imellom, som i eksempelet over. I dette tilfellet fryser vanndråpene ganske kjapt til is. Men, siden flekkene sitter forholdsvis langt fra hverandre, utvikler ikke dette seg til et sammenhengende ispanser. Kan det være bedre å få litt is på flyvingen, på en kontrollert måte, enn plutselig og ukontrollert isvekst? Isåfall kan dette være veien å gå.

 

Advertisements


Legg igjen en kommentar

Solhunden

I dag var det plutselig to soler på himmelen.

IMG_4937

Som du sikkert gjettet er den virkelige sola til høyre. Den til venstre er en solhund, også kalt bisol eller parhelion. Solhunden er i slekt med haloen, er en lysende flekk som kan dannes på hver side av solen, akkurat der hvor haloen er. Disse dannes når sollyset treffer iskrystaller som svever i lufta, enten høyt oppe i skyene eller, når det er veldig kaldt sånn som nå, nærmere bakken. Iskrystallene er formet som små sekskantede plater, og lyset som går inn gjennom en side i sekskanten og ut gjennom en av de andre blir bøyd i en bestemt vinkel. Det gjør at det dannes et bilde ett bestemt sted på himmelen.

Når flesteparten av de sekskantede platekrystallene ligger omtrent vannrett i lufta, blir det mest refleksjon på begge sider av sola. Jo mer de vipper opp og ned, jo mer ligner solhunden en del av en ring, altså haloen.

Vi kunne se en flekk på den andre siden av sola også, i dag, men den var ganske liten:

IMG_4938

I det kalde været vi har hatt de siste dagene har disse ørsmå iskrystallene som ligger flatt i lufta gitt opphav til et annet kult fenomen, som jeg ikke har klart å ta bilde av fordi vi bare ser det i mørket: Lyspillarer. Du kan se noen fine eksempler i NRK sin artikkel om fenomenet her. Dette er «søyler» av lys som ståler oppover fra gatelykter og andre lyskilder i byen. På bildet over ser det også ut som om det går en stråle opp fra sola – jeg tror det skyldes det samme fenomenet. Det er tydligere ved soloppgang og solnedgang.

Og om du står med sola nesten rett i fjeset og titter litt ned, ser du sollyset reflektert i diamantstøvet som svever over bakken.

For den som har lyst til å lære masse om optiske fenomener på himmelen kan jeg anbefale websiden Atmospheric Optics.


Legg igjen en kommentar

Ispels-nytt

is

Det er den tiden av året igjen. For to år siden skrev jeg et blogginnlegg om ispels, som er et femomen som de færreste har lagt merke til, men som kan dukke opp på en grein nær deg når kuldegradene kommer snikende. Det ser ut som hvitt tynt hår, omtrent som mugg, men det er is. Veldig kult.

Og nå kan jeg altså dele en forskningsnyhet om ispels. Den kom i sommer, men da passet det ikke så bra å snakke om is. Artikkelen Evidence of biological shaping of hair ice ble publisert i Biogeosciences. Forfatterne har studert ispels som dukker opp og forsvinner fra grener over en periode på to år (for et koselig prosjekt!), og påpeker en viktig ting: Det er rart at disse lange hårene ikke smelter sammen og blir til større krystaller, når de er inntil hverandre over lang. Det pleier nemlig krystaller å gjøre når de er veldig små, inntil hverandre og dessuten ikke så langt fra smeltepunktet sitt.

Jeg vil anbefale alle å lese artikkelen (den er åpent tilgjengelig) for å se hvilke fine eksperimentener disse forskerne gjorde for å komme til bunns i saken. Jeg skal nøye meg med å hoppe til konklusjonene:

  1. Ispels dannes fordi vannet som er stengt inne i de små hulrommene i greina ikke klarer å fryse, men det fryser når det kommer ut i lufta. Frysingen gjør at vannet suges ut av greina og «håret» vokser. Dette var som jeg trodde, og jeg er glad for å se at jeg ikke tok helt feil. Men, dette er ikke hele historien, for
  2. Ispelsen dannes bare om det er en bestemt sopp til stede. Ha! Så det er nesten som mugg. Soppen lager nemlig et stoff som blander seg inn i isen og gjør at iskrystallene ikke smelter sammen. Det er en krystallisjonsbrems. Når iskrystallen først er dannet, så gjør dette sopp-stoffet at krystallen ikke klarer å forandre på overflaten sin før den til slutt smelter eller fordamper og forsvinner.

Det er faktisk nesten uhørt i naturen å lage så lange krystaller. De kan være 10 000 ganger lengre enn de er brede. Det er ikke umulig at materialforskere vil prøve å fra nytte av disse soppstoffene, eller noe som ligner, til å kontrollere formen på andre typer krystaller. Dermed ble noe som var et koselig naturfenomen plutselig high-tech. Et nydelig eksempel på at det lønner seg å være nysgjerrig uten å bry seg så mye om hvor man ender opp til slutt.


1 kommentar

Lyn og torden: Kan skyene virkelig gnisse inntil hverandre?

Det har vel egentlig ikke vært så mye tordenvær hittil i sommer, men jeg har tenkt på torden allikevel.

For en stund siden spurte min sønn (8 år) om hvorfor det blir tordenvær. Jeg svarte at det var fordi det hadde blitt mye flere elektroner i skyen enn på bakken, eller omvendt, og så hoppet elektronene mellom skyen og bakken når de fikk sjansen. Vips så ble det et lyn.

«Men hvorfor har det blitt så mange ekstra elektroner i skyen?»

«Jeg vet ikke helt, men det er vel noe sånn som at skyene gnisser inntil hverandre, omtrent som når man gnir en ballong mot håret og så henger den fast i taket.»

«Men mamma. Skyene kan vel ikke gnisse inntil hverandre.»

Nei du, her i huset har vi tydeligvis snakket såpass mye om skyer at det er helt opplagt at man ikke kan ta en sky og gni den inntil en annen. De består jo bare av massevis av små vanndråper begge to. Som er så små at de ikke faller ned. Og det er masse plass mellom dem.

Så hvorfor blir det egentlig tordenvær?

Heldigvis, tenkte jeg, så har det hengt et oppslag fra realfagsbiblioteket inne på do på fysisk institutt i hele sommer med reklame for en bok som heter An Introduction to Lightening. Jeg lastet den ned og tenkte jeg skulle få svaret. Her står det massevis om hvordan lynene oppstår når det er store ladningsforskjeller mellom overflater (anbefales for den som vet å kose seg med ligninger), men ingenting om hvorfor disse ladningsforskjellene (altså det at det er overskudd på elektroner et sted i forhold til et annet sted) oppstår.

Et enkelt google-søk forteller at «this is not yet well understood».

Da er Google Scholar neste stopp. Det ser ut som om man begynner å få ganske god greie på hva som skjer i tordenskyene, for artiklene fra de aller seneste årene ser mest på spesifikke forskjeller mellom ulike typer tordenskyer.

Tydeligvis er det ikke helt riktig å tenke seg at to skyer gnir seg inntil hverandre. Det som skjer er at inne i en enkelt tordensky er det mye bevegelse. I enkelte områder strømmer lufta fort oppover, og når temperaturen er under null vil det dannes ørsmå iskrystaller og etterhvert også større haglkorn. Når de små iskrystallene kræsjer med haglkornene har elektroner en tendens til å hoppe over på haglkornene (men de kan også hoppe den andre veien, det kommer an på temperatur og luftfuktighet og slikt). Uansett, mange iskrystaller kolliderer med mange haglkorn, og de ender opp med å få forskjellig ladning. Iskrystallene er så små at de farer oppover i luftstrømmen. Haglkornene er tunge og treige, så de blir værende der de er, eller synker langsomt nedover. Og vips, så ble den nederste delen av skyen negativt ladet, og den øverste positivt ladet.

Siden luftstrømmene inne i slike skyer kan være ganske kompliserte, får man stort sett ikke en sky som bare er positiv øverst og negativ nederst, men man vil få områder med forskjellig ladning. Desto mer ladning man kan hope opp i ett avgrenset område, desto større sjanse for å lage et skikkelig kraftig lyn og tordenbrak.

Altså, kort oppsummert: For å lage en tordensky må man ha

  • temperatur under frysepunktet i skyen
  • luft som strømmer fort oppover
  • små og store ispartikler som kræsjer med hverandre.

Men: Man kan få lyn av skyer som ikke er laget av is også. I vulkanskyer, for eksempel. Dette er nok også noe man ikke har en fullgod forklaring på (ennå), men vi kan jo gjette at det har noe med sterke luftstrømmer og kollisjoner mellom store og små askepartikler å gjøre.


3 kommentarer

Snø, is og alt for mye grus

De siste dagene har jeg gått og irritert meg over grus.

Når det er åtte minus og snø, så er det jo ikke glatt. Det burde være supre forhold for å dra unger på akebrett, eller å gå på ski til barnehagen. Eller hva med spark, den brukte jeg jo ofte til skolen da jeg var liten?

Men nei, da. Perfekte akebrettforhold er visst også perfekte forhold for traktor med gruseutstyr. Plutselig ser alle fortau og gangveier sånn ut, og ski og akebrett må pent ta til takke med brøytekantene:

- Fortere, mamma! - Nei det går ikke. Alt for mye grus.

– Fortere, mamma!
– Nei det går ikke. Alt for mye grus.

Jeg prøver å se stort på det og tenke at dette sikkert er fint for dem som er gamle og dårlige til beins, for når mildværet en gang kommer så ligger grusen klar og ingen vil gli.

I dag var det mildt – og glatt. Hva skjedde med grusen?

Hvor er egentlig grusen?

Hvor er egentlig grusen?

Jeg ser masse grus, men den har ingen effekt. Grusen har flyttet seg ned i isen. Fordi de små steinene er mørke, blir de ekstra varme når sola skinner på dem. De blir så varme at de smelter hvert sitt lille hull i isen og forsvinner nedover. Til slutt stikker ingenting opp over isflaten, så bena mine sklir like godt som uten grus.

På ettermiddagen ligger hvert lille gruskorn og bader i et selvlaget badekar i isen. Når natten kommer fryser vannet igjen, så alt som gjenstår er en sammenhengende isflate med dekorative gruskorn inni. De kommer fram igjen når det begynner å bli bart, så vi kan kose oss med å koste sammen hauger så barna får brukt syklene sine uten å skli på grusen (for da må vi bruke den fine vårdagen inne på legevakten for at de kan fjerne grus fra skrubbsår med tannbørste).

Jeg vil faktisk gå så langt som å påstå (ja nå er jeg helt vill) at fortauet blir GLATTERE når det er strødd på forhånd enn ikke, fordi den mørke grusen hjelper til med å smelte snøen og gjøre den om til is.

Kanskje vi skal tenke litt på klima, med det samme? De små gruskornene som smelter seg nedover er et godt bilde på hva som skjer når de snødekte arealene på jordkloden blir mindre. Mens snøen reflekterer solstrålene tilbake til verdensrommet, vil mørk jord og stein omdanne sollyset til langbølget varmestråling som fanges inne i atmosfæredrivhuset vårt. Global oppvarming fører til snøsmelting, som fører til mer oppvarming, som fører til mer snøsmelting, og så videre.

I 2005 var jeg med på en feltekspedisjon til Svalbard. Der var det blant annet en mikrobiolog som tok prøver av smeltevannet i små groper på isbreen, dannet av småstein og grus. Hun mente at dette var en veldig spesiell biotop og den blir vel vanligere nå som det er mye smelting på gang. Under er et bilde jeg tok av en av disse gropene. De var veldig fine, og på isbreen kan det godt være grus for min del.

Grus-detalj fra isbre på Svalbard.

Grus-detalj fra isbre på Svalbard.


Legg igjen en kommentar

Observasjoner i kulda

Jeg var litt bekymret før jul, men heldigvis kom vinteren i siste liten. Nå har vi en gnistrende hvit jul. I juleferien er det tid til å roe seg ned, være ute og ake akkurat så lenge som man vil, lese julehefter og til å legge merke til og undre seg over små og store ting som skjer. Jeg har for eksempel sett dette i løpet av de siste dagene:

1. Perlemorskyer

Da sola var på vei ned på bittelille julaften så det plutselig ut som om noen hadde sølt olje på himmelen. Skyene lyste i et vakkert pastell-aktig mønster. Dette er perlemorskyer, som er skyer laget av iskrystaller istedenfor vanndråper. I følge Store Norske Leksikon kan de dannes om vinteren, 20-30 km oppe i stratosfæren, og dette skjer såpass sjeldent at det kan gå flere år mellom hver observasjon. Jeg husker at foreldrene mine viste meg perlemorskyer en gang da jeg var liten. De var bittesmå i forhold til dette. Jeg tok mange bilder av dem, og bildene jeg fikk med hjem fra fotobutikken noen uker senere viste en mørk himmel med en lysende flekk på. Kanskje barna mine kommer til å huske denne himmelen om 20 år.

Perlemorskyer over Oslo den 22. desember 2014.

Perlemorskyer over Oslo den 22. desember 2014.

2. Det ble for kaldt for julebrusen

Julaften var det trangt i kjøleskapet, så vi satte drikken ut på trappa. En stakkars julebrus ble stående igjen over natta. Da morgenen kom var ikke flasken mye tess lengre.

bilde 2

Når temperaturen blir lav nok vil etterhvert det som er flytende få lyst til å bli til fast stoff. Rent vann fryser ved null grader, om det får muligheten. Brus inneholder mye sukker og vil derfor fryse ved litt lavere temperatur, akkurat som saltvann gjør det. Når brusen fryser vil det dannes krystaller av ren vann-is. Sukkeret og hva det nå er av annet som finnes i brusen vil bli værende i det flytende vannet, som derfor blir mer og mer konsentrert etterhvert som det dannes mer is. For å fryse alt må temperaturen bli veldig lav.

Is tar mer plass enn vann, så inne i en tett glassflaske blir det fort egentlig ikke plass til å lage mer is. Om det er kaldt nok så synes imidlertid vannet at det er kjipere å bli værende i flytende form enn å skvise seg inn mellom isen og flaska og dytte flaskeveggene utover.

I natt var det tydeligvis kaldt nok (et sted under minus ti) både til å fryse sukker- og CO2-holdig vann og til å sprenge istykker en glassflaske. Om jeg skal dømme fra sprekkmønstret på flaska, så ser det ut som om trykket er blitt konsentrert under toppen av etiketten foran, helt til flasken brast og det forgrenet seg en rekke sprekker ut fra dette punktet. To av grenene omsluttet flasken helt slik at tuten og «skulderen» til flaska brakk av i to separate deler.

Det var en, så ble det tre.

Det var en, så ble det tre.

bilde 3

3. Tryllestøv i lufta

Da vi var ute og akte i dag var det fortsatt kaldt. Rundt minus ti. Akebakken vår ledet ned til en skålformet idrettsplass som er bygd oppå et igjenfylt tjern. Her er det fuktig og ofte tåkete.

I dag var det strålende sol og ikke tåke. Men det var noe i lufta allikevel. I bunnen av bakken glitret det i iskrystaller som svevde rundt oss i lufta. Det var veldig pent.

Merkelig nok så kan jeg ikke huske å ha sett dette fenomenet før. Kanskje jeg bare ikke har lagt merke til det? Ti minus er tross alt ikke så fryktelig kaldt. Var det en spesiell kombinasjon av fuktighet nede i gropa, akkurat riktig temperatur og lav sol som gjordet det mulig?

Google fortalte meg etter litt leting at dette fenomenet kalles Diamond Dust på engelsk. Det er en form for iståke, men den er ikke tjukk og ugjennomsiktig som tåke pleier å være. Jeg har ikke klart å finne et ordentlig ord for det på norsk. Noen som vet? Jeg greide heller ikke ta noe bilde, så jeg setter inn et spektakulert et som jeg fant på internettet.

"Sun spot" in ice crystals in the Grand Canyon of the Yellowstone/Jim Peaco/Flickr/CC license

«Sun spot» in ice crystals in the Grand Canyon of the Yellowstone/Jim Peaco/Flickr/CC license


Legg igjen en kommentar

Nå blir det is!

IMG_3708.JPGOg ikke bare på vannet (selv om det er fantastisk nok igjen, jeg har nye skøyter jeg ikke har fått prøvd ennå) men også i labben! Vi går fikk vi nemlig den gledelige nyheten om at et av de fem nye «endringsmiljøene» som fakultetet skal gi penger til de neste årene er EarthFlows. Dette er et samarbeid mellom flere av mine gode kolleger fra Physics of Geological Processes, samt noen nye fra matematisk institutt og andre deler av geofag, og det beskrives slik på fakultetets hjemmeside:

Prosjektet handler om å lære mer om grenseoverflaten mellom væske og fast stoff som for eksempel jord – i ulike geologiske prosesser på jorda. Det er snakk om vann i alle former, gasser rundt jorda, magma, isbreer, stein med mere. I arbeidet tas blant annet i bruk satellittdata, bølgedata, samt studier at erosjonslinjer.

Min del av det hele er i et prosjekt der vi skal ansette en stipendiat til å studere frostsprengning – altså hvordan det kan ha seg at is åpner sprekker i stein. Dette er selvfølgelig viktig her i Norge, men forbløffende dårlig forstått. Jeg synes is er kjempekult og har lenge hatt lyst på en unnskyldning til til å jobbe med det. Og nå har jeg det! Hipp hurra! Følg med alle vordende issprengningsdoktorer, en gang på nyåret blir det mulig å søke jobb på dette fine prosjektet.

IMG_3710.JPG