Важливе відкриття щодо льоду: навіть за температури нижче нуля він тане

За кімнатної температури шматок льоду танутиме на очах. Але навіть за температури нижче нуля лід може танути ледь помітним чином, і вчені намагаються це зрозуміти. Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, виявили явище, відоме як передчасне плавлення, за температур, набагато нижчих, ніж ті, які спостерігалися раніше, пише Phys.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Передчасне плавлення є причиною того, що шматок льоду може бути слизьким навіть у холодний ясний день. Хоча шматок заморожений, деяка частина його поверхні є вологою. Ідея про попереднє плавлення, коли з'являється рідиноподібний шар на кризі, відкриває інші давні питання про те, як вода перетворюється з рідини на лід, а потім на пару і як за певних умов вода може перебувати в трьох станах одночасно.

Але в рамках нового дослідження вчені вивчали кристали льоду, що утворилися за температури нижче мінус 143 градусів Цельсія, розмір яких становить лише 10 мільйонних часток метра.

Крім того, що дослідження розкриває природу води за мінусових температур, воно демонструє метод вивчення зразків у деталях на молекулярному рівні. Йдеться про трансмісійну електронну мікроскопію з високою роздільною здатністю та низькими дозами випромінювання (ТЕМ).

За допомогою ТЕМ на об'єкт направляють потік електронів, які є субатомними частинками. Детектор створює зображення, фіксуючи, як електрони розсіюються від об'єкта. Вчені експериментували з методом ТЕМ під час вивчення льоду. За словами вчених, лід дуже складно візуалізувати, тому що він дуже нестабільний під дією електронного пучка. Проте вчені змогли візуалізувати нанокристали льоду без нанесення сильної шкоди його структурі.

Учені використовували рідкий азот для вирощування кристалів льоду на вуглецевих нанотрубках за температури мінус 143 градуси Цельсія. Під час минулих досліджень учені спостерігали попереднє плавлення поруч із потрійною точкою води. У потрійній точці температура трохи вища за нуль, а тиск настільки низький, що лід, рідина і водяна пара можуть існувати одночасно. За температури і тиску нижче потрійної точки лід сублімується безпосередньо у водяну пару.

Правила поведінки води часто підсумовуються в простій фазовій діаграмі, що відображає різні стани води при різних поєднаннях температури і тиску.

За словами вчених, реальний світ набагато складніший за цю просту фазову діаграму, тому, як їм вдалося показати, попереднє плавлення може відбутися далеко внизу кривої, хоча дослідники не можуть цього пояснити.

Результат дослідження показав, що два окремі нанокристали льоду розчиняються один в одному, коли лід нагрівається під постійним тиском до мінус 123 градуси Цельсія. Хоча лід існував все ще при температурі нижче нуля, на його поверхні утворився квазірідкий шар. Ця надв'язка вода не вкладається в число простих ліній фазової діаграми, де вода переходить безпосередньо з льоду на пару. Тепер вчені хочуть з'ясувати, яка точна природа рідиноподібного шару, який вони виявили.

Як уже писав Фокус, вчені створили охолоджувальне скло, за допомогою якого можна відбивати сонячні промені назад у космос.