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 Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Астробиологи с помощью сложных трехмерных климатических моделей доказали, что растительная жизнь на Земле способна просуществовать еще около 1,8 миллиарда лет. Это значительно дольше, чем предсказывали предыдущие расчеты.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
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