Licht, nicht nur Wärme, könnte dazu führen, dass Wasser verdunstet.

Grünes Licht bedeutet "los". Das könnte auch für verdampfende Wassermoleküle gelten.

Sichtbares Licht, insbesondere von grünlicher Farbe, kann Wasser dazu bringen zu verdampfen, berichten Forscher in der Ausgabe vom 7. November der Proceedings of the National Academy of Sciences. In Experimenten zeigten sich deutlich höhere Verdampfungsraten bei Wasser, das unter sichtbarem Licht verdampfte, als nur aufgrund von Hitze möglich wäre, sagen der mechanische Ingenieur Gang Chen vom MIT und seine Kollegen.

In Verbindung mit anderen Beobachtungen legt dies nahe, dass, wenn Licht auf Wasser scheint, einzelne Lichtteilchen, oder Photonen, die Bindungen zwischen Wassermolekülen trennen können und dadurch Molekülgruppen in die Luft freisetzen.

"Das ist wirklich aufregend", sagt Yuki Nagata, ein Chemiker am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, Deutschland, der nicht an der Forschung beteiligt war. Er merkt jedoch an, dass die Hypothese zusätzlicher Überprüfung bedarf. "Wir sind uns nicht zu 100 Prozent sicher, ob dies wirklich der Mechanismus ist", sagt er. Aber wenn es so ist, dann ist es "total neu".

Normalerweise ist es die Hitze, die die Verdampfung in Gang setzt und dazu führt, dass sich Wassermoleküle in der Flüssigkeit energischer bewegen. Diese zusätzliche Energie kann einige der Bindungen zwischen Molekülen in der Flüssigkeit zerbrechen und es Molekülen ermöglichen, als Wasserdampf zu entweichen. Basierend auf der aufgewendeten Hitze können Wissenschaftler die zu erwartende Verdampfungsmenge berechnen. Sichtbares Licht kann die Verdunstung von Wasser aufgrund der Wärme, die es abgibt, unterstützen (SN: 3/8/16). Bisher ging man jedoch davon aus, dass es nicht direkt die Bindungen zwischen den Wassermolekülen zerstört.

In der neuen Studie bestrahlten die Forscher Wasser, das in porösen Hydrogelen enthalten war, Materialien, die Wasser gierig aufnehmen. Der vorgeschlagene Effekt tritt dort auf, wo Luft auf Wasser trifft, und die Hydrogele, die die Forscher untersuchten, enthalten unzählige Fugen, an denen sich die beiden treffen und Wasser abspalten und entweichen lassen. In einigen Fällen war die Verdampfungsrate mehr als doppelt so hoch wie erwartet, basierend auf der Hitze. Darüber hinaus variierte die Verdampfungsrate mit der Wellenlänge des Lichts. Grünes Licht führte zu der höchsten Verdampfungsrate.

Diese wellenlängenabhängige Eigenschaft ist ein überzeugender Beleg für die Hypothese der Forscher, sagt die Thermodynamik-Expertin Janet A.W. Elliott von der University of Alberta in Edmonton, Kanada. "Wenn man einfach [sichtbares] Licht auf etwas scheint, wie weiß man, ob es das Licht selbst oder die Hitze durch das Licht ist, die den Effekt erzielt? Aber wenn es wellenlängenabhängig ist… dann ist das ein Hinweis darauf, dass der Lichtanteil wichtig ist." Außerdem, sagt sie, trat die übermäßige Verdampfung nicht auf, wenn anstelle von Licht ein Heizkörper verwendet wurde.

Wenn die Verdunstung durch Hitze verursacht wird, können Moleküle typischerweise nur einzeln entweichen. Aber Messungen der Temperatur des Dampfes über dem Hydrogel deuten darauf hin, dass bei Verdunstung durch Licht Wassermoleküle in Gruppen entweichen. Diese Gruppen verdampfen dann selbst und zerfallen in einzelne Wassermoleküle, was den Dampf bei diesem Prozess abkühlt.

Insgesamt war die gemessene Dampftemperatur näher am Hydrogel höher, so wie Dampf direkt über einem siedenden Topf am heißesten ist. Aber in einem Bereich des Dampfes zwischen etwa 8 und 14 Millimetern über der Oberfläche variierte die Temperatur nicht mit der Höhe. Das ist laut den Forschern ein Beweis für eine Region, in der die Luft mit einzelnen Wassermolekülen gesättigt ist und in der die Gruppen ständig verdampfen und kondensieren.

"Es ist sehr überzeugend, dass in dieser speziellen experimentellen Anordnung Molekülklumpen abgetrennt werden und dann diese Klumpen verdampfen", sagt Elliott.

Aber, Elliott sagt: "Es gibt immer noch viele Fragen, die beantwortet werden müssen." Zum Beispiel erläutern die Forscher nicht im Detail, wie die Photonen die Bindungen trennen können oder warum grünes Licht am besten funktioniert.

Chen gibt zu, dass die theoretische Erklärung einige Spekulationen beinhaltet. Dennoch hofft er, dass dieser Effekt für praktische Zwecke genutzt werden kann, beispielsweise für effizientere Methoden zur Herstellung von Süßwasser aus Salzwasser (SN: 9.8.16).

Der Effekt könnte in der Natur weit verbreitet sein, sagt Chen, in Wasser, das sich in porösen Materialien wie Boden oder Pflanzen befindet oder in Schaumstoffen an der Oberfläche des Meeres. "Wir haben das Gefühl, dass dieses Phänomen täglich und weit verbreitet auftritt, und deshalb sind wir sehr aufgeregt."