Дослідники з Токійського університету ідентифікували нову форму льоду — Ice 0, що утворюється безпосередньо під поверхнею краплі води, за кілька нанометрів від повітряно-водяного інтерфейсу. Це відкриття вирішує давню наукову суперечку про те, де саме у краплі води починається кристалізація. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження.
Що таке Ice 0 і як вона формується
Ice 0 — це нововідкрита, нестабільна фаза води, що виникає під час переходу рідини у твердий стан. Її називають проміжною, адже вона існує лише мить і швидко перетворюється на звичайний лід — кубічний або гексагональний. Особливість Ice 0 полягає в її структурі: вона складається з п’ятикутних, шістикутних і семикутних молекулярних кілець, які знижують енергетичний бар’єр і полегшують кристалізацію. Це явище можна порівняти з «будівельним лісом» — тимчасовою конструкцією, яка підтримує основну споруду, поки вона міцнішає.
Поверхнева кристалізація: ключ до розуміння процесу
Багаторічні дискусії в науковій спільноті щодо того, де саме починає замерзати вода — всередині чи на поверхні краплі — нарешті знайшли відповідь. Згідно з комп’ютерними моделями, кристалізація починається не в центрі, а ближче до поверхні, де створюється локальний негативний тиск. Цей тиск виникає внаслідок поверхневого натягу води, що сприяє утворенню Ice 0. Дослідники використали mW-модель води, яка імітує взаємодію молекул без складних електричних розрахунків, і дозволяє точно відтворити динаміку замерзання.
Ice 0 — невидима, але вирішальна фаза
Попри короткочасне існування, Ice 0 виконує критичну функцію: вона стає ядром, від якого починається ріст кристалічного льоду. Вода може залишатися рідкою навіть при –40°C, якщо немає такого ядра. Ice 0 діє як «тригер», що активує цей процес. Ця фаза утворюється лише на глибині кількох нанометрів під вільною поверхнею, тому довго залишалась непоміченою. Виявити її вдалося завдяки новим можливостям комп’ютерного моделювання, зокрема аналізу багатьох випадків замерзання.
Розуміння механізмів утворення льоду має далекосяжні наслідки — від метеорології до інженерії. У високошарових хмарах, де замерзання починається без домішок, наявність Ice 0 може впливати на утворення опадів і тепловий баланс атмосфери. У промисловості знання про цю фазу може покращити процеси шокового заморожування або розробку покриттів, що перешкоджають обмерзанню. Вивчення таких перехідних станів води також важливе для розуміння кліматичних моделей та поведінки льоду в екстремальних умовах.
Подальші кроки: як зафіксувати Ice 0
Хоча Ice 0 підтверджена теоретично і комп’ютерно, її пряме спостереження у фізичному середовищі потребує новітніх технологій. Йдеться про використання ультрашвидких лазерів або рентгенівських методів, які дозволяють «зловити» надкороткі процеси на молекулярному рівні. Науковці очікують, що такі експерименти в найближчому майбутньому дозволять безпосередньо підтвердити існування Ice 0 у лабораторних умовах.
Раніше ми писали, як вчені з’ясували, що на зворотному боці Місяця менше води
