Лёд-0: учёные поняли дополнительный механизм замерзания воды
Специалисты из Токийского университета обнаружили, что лёд начинает формироваться у водной поверхности через образования, подобные редкому, недавно открытому типу льда.
Лёд куда сложнее, чем многие думают. Физики знают более 20 его разновидностей, которые формируются в зависимости от сочетаний «давление + температура». Вид льда, который мы используем на кухне, известен как лёд-I, и это одна из немногих форм затвердевшей воды, существующих в естественных условиях на нашей планете.
Учёные из Японии выявили необычную форму — лёд-0, и она участвует в возникновении кристаллов в переохлаждённой воде. Зарождение льда у её поверхности может начинаться с крошечных кристалликов-предшественников со структурой, подобной редкому типу льда. Его-то и решили обозначать как лёд-0.
Учёные из Токио доказали, что структуры, подобные льду-0, могут вызывать замерзание капли у её поверхности, а не в сердцевине. Совершённое ими открытие разрешает давнюю загадку фазового перехода из одного состояния вещества в другое и должно повлиять на наше понимание того, как образуется лёд.
Кстати, кристаллизацию льда ещё называют зародышеобразованием. И происходит она обычно гетерогенно, то есть вблизи твёрдой поверхности. Обычно ожидается, что это случится наверху ёмкости с водой, где жидкость встречается со стенками.
Новое же исследование поведало, что кристаллизация также бывает прямо под поверхностью воды, которая соприкасается с воздухом. В таком случае лёд способен зарождаться вокруг крошечных кристаллических предшественников с той же специфической кольцеобразной структурой, что и лёд-0.
Компьютерное моделирование подтвердило, что капля с большей вероятностью начинает затвердевать вблизи свободной поверхности при изотермических условиях, то есть при постоянной температуре, объяснил ведущий автор исследования Ган Сан. Это разрешает давние споры о том, где легче происходит кристаллизация — на поверхности или внутри жидкости.
Предшественники (зародыши) льда-0 имеют структуру, очень похожую на переохлаждённую воду, что позволяет молекулам воды легче кристаллизоваться из неё, без необходимости непосредственно формировать структуру обычного льда.
Крошечные предшественники льда-0 образуются спонтанно в результате воздействия отрицательного давления, вызванного поверхностным натяжением воды. Как только из этих предшественников начинается кристаллизация, структуры, подобные льду-0, быстро перестраиваются в более распространённый на планете лёд-I.
Старший автор описываемого изучения льда Хадзиме Танака подчеркнул широкомасштабные последствия обретённых знаний. Ожидается, что выводы о механизме поверхностной кристаллизации воды внесут значительный вклад в различные области, включая исследования климата и науку о продуктах питания, где кристаллизация воды играет решающую роль.
Более детальное понимание природы льда может иметь бесценное значение для различных исследований. Научная работа способна помочь, например, развитию метеорологии, где образование льда с помощью предшественников, подобных льду-0, может оказывать гораздо более заметное влияние на мелкие капли воды, подобные тем, что находятся в облаках. Понимание природы льда может принести пользу и в технологиях — от пищевой промышленности до кондиционирования воздуха.
Лёд куда сложнее, чем многие думают. Физики знают более 20 его разновидностей, которые формируются в зависимости от сочетаний «давление + температура». Вид льда, который мы используем на кухне, известен как лёд-I, и это одна из немногих форм затвердевшей воды, существующих в естественных условиях на нашей планете.
Учёные из Японии выявили необычную форму — лёд-0, и она участвует в возникновении кристаллов в переохлаждённой воде. Зарождение льда у её поверхности может начинаться с крошечных кристалликов-предшественников со структурой, подобной редкому типу льда. Его-то и решили обозначать как лёд-0.
Учёные из Токио доказали, что структуры, подобные льду-0, могут вызывать замерзание капли у её поверхности, а не в сердцевине. Совершённое ими открытие разрешает давнюю загадку фазового перехода из одного состояния вещества в другое и должно повлиять на наше понимание того, как образуется лёд.
Кстати, кристаллизацию льда ещё называют зародышеобразованием. И происходит она обычно гетерогенно, то есть вблизи твёрдой поверхности. Обычно ожидается, что это случится наверху ёмкости с водой, где жидкость встречается со стенками.
Новое же исследование поведало, что кристаллизация также бывает прямо под поверхностью воды, которая соприкасается с воздухом. В таком случае лёд способен зарождаться вокруг крошечных кристаллических предшественников с той же специфической кольцеобразной структурой, что и лёд-0.
Компьютерное моделирование подтвердило, что капля с большей вероятностью начинает затвердевать вблизи свободной поверхности при изотермических условиях, то есть при постоянной температуре, объяснил ведущий автор исследования Ган Сан. Это разрешает давние споры о том, где легче происходит кристаллизация — на поверхности или внутри жидкости.
Предшественники (зародыши) льда-0 имеют структуру, очень похожую на переохлаждённую воду, что позволяет молекулам воды легче кристаллизоваться из неё, без необходимости непосредственно формировать структуру обычного льда.
Крошечные предшественники льда-0 образуются спонтанно в результате воздействия отрицательного давления, вызванного поверхностным натяжением воды. Как только из этих предшественников начинается кристаллизация, структуры, подобные льду-0, быстро перестраиваются в более распространённый на планете лёд-I.
Старший автор описываемого изучения льда Хадзиме Танака подчеркнул широкомасштабные последствия обретённых знаний. Ожидается, что выводы о механизме поверхностной кристаллизации воды внесут значительный вклад в различные области, включая исследования климата и науку о продуктах питания, где кристаллизация воды играет решающую роль.
Более детальное понимание природы льда может иметь бесценное значение для различных исследований. Научная работа способна помочь, например, развитию метеорологии, где образование льда с помощью предшественников, подобных льду-0, может оказывать гораздо более заметное влияние на мелкие капли воды, подобные тем, что находятся в облаках. Понимание природы льда может принести пользу и в технологиях — от пищевой промышленности до кондиционирования воздуха.
- Дмитрий Ладыгин
- freepik.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Что случится с Сибирью к 2080 году: прогноз красноярских ученых и эксперта NASA
Арбузы вместо мерзлоты, большая ложка дегтя и открытый финал — в одном из самых обстоятельных исследований о будущем России...
Радиационная «бомба замедленного действия» обнаружена в Чернобыле: и они до сих пор готова «взрываться»
Новые опыты покажут, каким будет зона отчуждения для следующих поколений...
Почти детективная история: в Ленобласти обнаружен самый большой клад серебра за всю историю
Среди находок две уникальные монеты, которых всего четыре в мире, включая, а также языческие вороны Одина… среди православных крестов...
Раскрыта 217-летняя тайна: искусственный интеллект взломал зашифрованное письмо Наполеона
Нейросети последних лет — это реальный прорыв: только за несколько недель было вскрыто более 30 безнадежных шифров...
Искусственный интеллект «ненавидит»… белых мужчин: новое исследование еще раз подтвердило западный тренд
Появление нейросетей значительно ухудшило положение одной из групп белого населения в Америке и Европе...
Тайна Мертвого моря: что «кипятит» водоем изнутри, рассказали ученые
Оказалось, что в кристалликах соли скрыта история прошедших эпох...
Искусственная гравитация: ученые рассказали, появится ли вообще главная фишка из фантастических фильмов в космосе
Космические инженеры знают три способа обмануть невесомость. Но пока рабочий из них только один, да и то есть нюансы...
100-летняя страшная история с черепами у древнеегипетских гробниц наконец-то прояснилась
Неожиданно оказалось, что человеческие жертвоприношения 5000 лет назад совершались совсем не так, как описано в древних табличках...
Главный поджигатель в истории Австралии: почему ученые обвиняют капитана Джеймса Кука в постоянных мегапожарах на Зеленом континенте?
Воскрешение традиции, которую сломали британские колонизаторы, поможет «потушить» Пылающую Австралию...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...
Секрет марсианского «невозможного» облака-призрака наконец-то разгадан
Как оказалось, на Красной планете работает физика, которая на Земле считалась чистой теорией...
Таинственные траншеи в Австралии помогут открыть скрытые пещеры на Марсе
Равнина, которая 14 миллионов лет без воды, подсказала ученым, как расшифровывать фотографии с Красной планеты...