Почему пингвины не мерзнут в холод?

Почему пингвины не мерзнут в холод?

Фото: © Jerzy Strzelecki (CC-by-sa 3.0)

Раскрыта тайна защиты пингвинов от обмерзания: сочетание наноструктур и кожного сала препятствует образованию льда на их оперении.

Хотя пингвины постоянно находятся то в ледяной воде, то на холодном воздухе, на их оперении никогда не образуется лед. Американские исследователи выяснили, почему так происходит. Крошечные поры на поверхности перьев вместе с водоотталкивающим кожным салом обеспечивают выброс воды до ее замерзания. Принцип такой защиты пингвинов можно применить для предотвращение обледенения самолетов.

Пингвины во многом исключительны: они не могут летать, но великолепно плавают, не ощущают трех из пяти вкусов и живут в самом холодном регионе мира. Императорские пингвины даже выводят и выращивают птенцов только полярной ночью.

Инженер Пироуз Кавепоур (Pirouz Kavehpour) из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе обратил внимание при просмотре документальных фильмов о пингвинах на необычное явление.

"Я наблюдал, как пингвины выходили из ледяной воды и сидели на холоде. Однако, как ни странно, на их перьях лед не образовывался".
Пироуз Кавепоур

Заинтересовавшись этим явлением, он расспросил исследовательницу пингвинов Джуди Санкт Леже (Judy St. Leger). И она подтвердила: никто пока не видел, чтобы на оперении пингвинов появлялся лед.

Нанопоры и кожное сало

Но почему? Для выяснения этого исследователи рассмотрели некоторые перья папуанских пингвинов под сканирующим электронным микроскопом.

Почему пингвины не мерзнут в холод?

Папуанские пингвины (Pygoscelis papua): льда на оперении у них не бывает
Фото: © Ben Tubby (CC-by-sa 2.0SA 2.0)

Было установлено, что перья имеют крошечные поры, включающие воздух. Они-то и действуют как водоотталкивающие наноструктуры. Кожное сало, которым пингвины смазывают свои перья, еще более усиливает этот эффект и делает оперенье пингвина сверхгидрофобным.

Нанопоры и кожное сало не дают обмерзать перьям пингвинов, несмотря на постоянный контакт с водой, поэтому оперение пингвинов дважды защищено ото льда:

  1. Жир предотвращает перья от увлажнения и потери теплоизоляционного эффекта.
  2. Нанопоры обеспечивают, как при эффекте лотоса, скатывание капель воды, что также препятствует образованию льда.

Кавепоур и его коллеги уже представили, как это происходит, на конференции по гидродинамики в Бостоне.

Небольшая контактная поверхность препятствует теплообмену

Сферическая геометрия капли и небольшая площадь контакта с поверхностью препятствуют теплообмену. Вода недостаточно остывает, чтобы началась кристаллизация.

"Это как движение транспорта. Когда он устремляется с автомагистрали на узкую улицу, то встает в пробке - то же самое происходит и с теплом, которое должно проникать из внутренней части капли через узкую точку соприкосновения с пером".
Пироуз Кавепоур

В результате капля воды скатывается с оперения пингвинов до того, как может превратиться в лед. Интересно, что живущие в Антарктиде папуанские пингвины обладают этим свойством, а магеллановы пингвины (Spheniscus magellanicus), которые водятся в более теплой Патагонии - нет. На поверхности их перьев нет нанопор, а кожное сало имеет другой состав.

Система защита пингвинов от обмерзания для предотвращения обледенения самолетов?

Кавепоур полагает, что целесообразно что-то позаимствовать из системы защиты пингвинов от холода. Подобные структуры могли бы, например, сохранить крылья и другие детали самолетов от обледенения. Сейчас для этого перед каждым стартом самолета проводится распыление специальных веществ, что часто приводит к задержкам, да и эффект длится недолго.

Но, возможно, не стоит навязывать самолетам поверхность, примером которой послужат перья пингвинов.

"Это было бы иронией судьбы, если бы, как назло, птица, которая не может летать, однажды помогла безопасным полетам самолетов".
Пироуз Кавепоур

Источник: American Institute of Physics (AIP), 23.11.2015 - NPO

 

Вам будет интересно:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Перед отправкой комментария решите простой примерчик! *