Физики из Японии обнаружили, что процесс формирования льда может запускаться не только при появлении очагов кристаллизации в толще замерзающей воды, но и на ее поверхности, что ведет к формированию редкой формы льда, которая обычно образуется в переохлажденной воде.
Об этом в пятницу сообщила пресс-служба Университета Токио.
"Результаты наших расчетов и раскрытые нами механизмы кристаллизации льда в приповерхностных слоях воды окажут серьезное влияние на большое число других областей науки, в том числе на климатические исследования и науки, связанные с производством и хранением пищевых продуктов. И в том, и в другом случае замерзание капель воды и ее кристаллизация играют очень важную роль в изучаемых процессах", - заявил профессор Университета Токио Хадзимэ Танака, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Исследователи совершили это открытие при помощи разработанной ими компьютерной модели капли воды, позволяющей всесторонне изучать то, как протекает процесс роста микроскопических кристаллов льда, способствующих превращению жидкой влаги в твердый лед. До настоящего времени физики не были уверены, протекает ли этот процесс исключительно в толще воды, или же он может запускаться и в приповерхностных ее слоях.
Для получения ответа на этот вопрос исследователи из Японии просчитали то, как ведут себя и взаимодействуют друг с другом молекулы воды в очень тонкой прослойке воды, чья длина, ширина и высота составляют всего несколько нанометров. При проведении этих расчетов ученые учитывали то, как формируются связи между молекулами и как на эти процессы влияют внешние факторы, в том числе температура, давление и наличие силы поверхностного натяжения на границе между водой и воздухом.
Анализ результатов этих расчетов указал на существование ранее неизвестного механизма формирования льда, который был связан с образованием кольцеобразных структур из пяти, шести или семи молекул воды на поверхности капли при стабильно низкой и не меняющейся температуре окружающей среды. По своим свойствам эти нанокристаллы были очень похожи на так называемый лед-0, особую нестабильную форму льда, которая возникает внутри воды, охлажденной до температуры в десятки градусов ниже нуля.
Ключевую роль в образовании этих структур, как обнаружили физики, играли небольшие разреженные области, которые возникали в приповерхностных слоях воды в результате действия сил поверхностного натяжения. Схожие процессы, по мнению исследователей, должны активно влиять на конденсацию влаги и формирование кристаллов льда в облаках, что говорит об их серьезном влиянии на климат Земли, подытожили исследователи.
О многообразии льда
Вода представляет собой субстанцию, которая обладает большим числом твердых форм. На настоящий момент времени физикам известно около двух десятков различных вариаций льда, отличающихся структурой, плотностью, температурой плавления и многими другими свойствами. Некоторые из этих вариаций льда не имеют четкой кристаллической структуры, а другие тяжелее воды, благодаря чему они будут тонуть в ее толще.
