Лед гораздо сложнее, чем большинство из нас думает. Науке известно более 20 разновидностей, образующихся при различных сочетаниях давления и температуры. Тот вид, который мы используем для охлаждения напитков, известен как лед I. Это одна из немногих форм льда, которые существуют естественным образом на Земле, пишет Phys.org.
Японские ученые недавно обнаружили еще один тип льда — лед 0. Образование льда вблизи поверхности жидкой воды может начинаться из крошечных кристаллических предшественников со структурой, похожей на этот редкий тип льда. Исследование специалистов Токийского университета показало, что структуры, похожие на лед 0, могут привести к замерзанию капли воды вблизи ее поверхности, а не в ее ядре. Это открытие решает давнюю загадку и позволяет переосмыслить понимание того, как образуется лед.
Кристаллизация льда обычно происходит гетерогенно, или, другими словами, на твердой поверхности. Например, это происходит на поверхности контейнера с водой, где жидкость встречается с твердым телом. Однако новое исследование показывает, что кристаллизация льда может также происходить прямо под поверхностью воды, где она встречается с воздухом. Здесь лед зарождается вокруг небольших предшественников с той же характерной кольцевой структурой, что и лед 0.
«Моделирование показало, что капля воды с большей вероятностью кристаллизуется вблизи свободной поверхности в изотермических условиях, — говорит ведущий автор исследования Ганг Сан. — Это разрешает давний спор о том, происходит ли кристаллизация легче на поверхности или внутри».
Предшественники льда 0 имеют структуру, очень похожую на структуру переохлажденной воды. Это позволяет молекулам воды легче кристаллизоваться из нее, без необходимости непосредственного формирования структуры обычного льда. Крошечные предшественники льда 0 образуются спонтанно, в результате эффектов отрицательного давления, вызванных поверхностным натяжением воды. Как только начинается кристаллизация из этих предшественников, структуры, похожие на лед 0, быстро перестраиваются в более знакомый лед I.
Старший автор исследования Хадзиме Танака подчеркивает широкомасштабные последствия новой работы, отмечая, что «результаты, касающиеся механизма поверхностной кристаллизации воды, внесут значительный вклад в различные области, включая климатические исследования и науки о продуктах питания, где кристаллизация воды играет решающую роль». Работа японских ученых также будет полезна в метеорологии.
Ранее на Марсе впервые нашли водный лед в уникальном месте.
