Физики проникли в тайну замерзания воды благодаря «нулевому льду»
Несмотря на то что вода практически всегда у нас на виду, процесс ее кристаллизации все еще загадочен. Известно примерно два десятка структурных разновидностей льда. Из них только одна — лед-I — образуется при обычных для Земли условиях. Японские физики выяснили, что образование льда у поверхности жидкой воды может начаться с крошечного прекурсора со структурой, похожей на «нулевой» лед.
Одно из удивительных свойств воды — способность переохлаждаться без кристаллизации. В чистом состоянии ее можно охладить до минус 40 градусов, и она останется жидкой. Такое наблюдается в атмосферных облаках.
В 2014 году профессор Хадзимэ Танака и Джон Руссо из Института прикладных наук Токийского университета в Японии выяснили, что переохлажденная вода не может превратиться в лед-I из-за необычного расположения молекул, непохожего на то, что наблюдается в обычном жидком состоянии. А вот структура льда-0 и переохлажденной воды, напротив, схожи, поэтому он может стать предшественником перехода в лед-I.
В новой научной работе Танака с коллегами из общественного объединения Frost Protection Science при Токийском университете показали, что лед-0 может запустить кристаллизацию капли воды близ поверхности, а не изнутри. Их открытие, подробности о котором представлены в журнале Nature Communications, поможет понять, как образуется лед.
Кристаллизация воды, иначе называемая зарождением ледяных ядер, происходит на твердой поверхности. Например, в емкости, где жидкость встречается со стенкой. Теперь выясняется, что ледяные ядра могут появляться прямо под поверхностью — там, где вода соприкасается с воздухом. Это небольшие зародыши кристаллов, похожие на округлые структуры «нулевого» льда.
«Моделирование показало, что капли воды легче кристаллизуются около свободной поверхности при изотермических условиях (при постоянной температуре. — Прим. ред.). Это ставит точку в длительном споре о том, где зарождается кристаллизация — на поверхности или изнутри», — заявил первый автор статьи Ганг Сан.
Появление льда-0 облегчает кристаллизацию переохлажденной воды. Крошечные прекурсоры «нулевого» льда возникают спонтанно, как результат отрицательного давления, вызванного поверхностным натяжением воды. Как только кристаллизация из зародышей началась, лед-0 быстро меняет структуру на ту, что более напоминает лед-I.
По словам руководителя исследования Танаки, это открытие будет полезно во многих областях, включая климатологию и агрономию, где кристаллизация воды играет критическую роль. Кроме того, это важно для метеорологии, которая изучает образование атмосферных облаков, а также техники, например, кондиционирования воздуха.
Telegram 
Дзен 
VK Современные люди проводят днем неподвижно столько же времени, сколько и охотники-собиратели. Но делают это сидя, а не на корточках, как их предки. Физиология человека не адаптирована к сидению, а физические возможности цивилизованных людей — к длительному пребыванию на корточках. Теперь исследователи рассчитали часть цены, которую мы платим за проблему длительного сидения.
Китайские и британские палеонтологи обнаружили древнейший эволюционный прообраз челюстей современных пауков и скорпионов. Просканировав окаменелость животного Urokodia aequalis возрастом 518 миллионов лет, ученые выявили самую раннюю известную науке переходную форму хелицер. Трехмерная модель впервые наглядно показала, как именно возникло главное оружие паукообразных: несколько суставов длинных хватательных конечностей, характерных для кембрийских хищников, срослись воедино и образовали новый ротовой аппарат.
Если достаточно развитая цивилизация может отправлять к звездам не колонистов, а крошечные автономные зонды с ИИ, роботами и архивами знаний, то молчание Вселенной становится еще более странным. Возможно, развитые цивилизации не строят космические империи и не окружают звезды мегаструктурами, а расселяются по Галактике тихо — с помощью малозаметных автоматических систем.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии