Дослідники з Японії виявили нову форму льоду під назвою ice 0, яка може спровокувати утворення кристалів льоду в переохолодженій воді. Їхнє дослідження показує, що зародження льоду може відбуватися поблизу поверхні крапель води через льодоподібні структури, що вирішує давню дискусію. Ці висновки мають значні наслідки для різних галузей, включаючи дослідження клімату та харчові науки, покращуючи наше розуміння утворення льоду.
Лід набагато складніший, ніж більшість людей усвідомлюють, наука ідентифікує понад 20 різних різновидів, що утворюються під різними комбінаціями тиску та температури. Тип, який ми використовуємо для охолодження наших напоїв, відомий як лід I, є однією з небагатьох форм, які зустрічаються в природі на Землі. Нещодавно дослідники з Японії виявили ще один тип: лід 0, незвичайну форму льоду, яка може ініціювати утворення кристалів льоду в переохолодженій воді.
Утворення льоду біля поверхні рідкої води може початися з крихітних кристалів-попередників зі структурою, подібною до рідкісного типу льоду, відомого як лід 0. У дослідженні, нещодавно опублікованому в Nature Communications , дослідники з відділу досліджень соціального співробітництва «Frost» Наука про захист» в Інституті промислових наук Токійського університету показали, що ці структури, подібні до льоду 0, можуть спричинити замерзання краплі води біля її поверхні, а не в її ядрі. Це відкриття вирішує давню загадку та може допомогти переглянути наше розуміння того, як утворюється лід.
Процес зародження льоду
Кристалізація льоду, відома як зародження льоду, зазвичай відбувається неоднорідно, або іншими словами, на твердій поверхні. Зазвичай це відбувається на поверхні ємності з водою, де рідина зустрічається з твердою речовиною. Однак це нове дослідження показує, що кристалізація льоду також може відбуватися безпосередньо під поверхнею води, де він зустрічається з повітрям. Тут лід зароджується навколо невеликих попередників з такою ж характерною кільцеподібною структурою, що й лід 0.
«Моделювання показало, що крапля води, швидше за все, кристалізується поблизу вільної поверхні в ізотермічних умовах», — говорить провідний автор дослідження Ган Сун. «Це вирішує давні дебати про те, чи відбувається кристалізація легше на поверхні, чи всередині».
Лід 0 Попередники
Попередники льоду 0 мають структуру, дуже схожу на переохолоджену воду, що дозволяє молекулам води легше кристалізуватися з неї, не потребуючи безпосереднього формування структури звичайного льоду. Крихітні попередники льоду 0 утворюються спонтанно в результаті впливу негативного тиску, викликаного поверхневим натягом води. Як тільки кристалізація починається з цих попередників, структури, подібні до льоду 0, швидко перегруповуються в більш звичний лід I.
Старший автор Хаджіме Танака наголошує на широкомасштабних наслідках цього дослідження, зазначаючи, що «Очікується, що відкриття щодо механізму поверхневої кристалізації води внесуть значний внесок у різні галузі, включаючи кліматичні дослідження та харчові науки, де кристалізація води відіграє важливу роль. критичну роль».
Більш детальне розуміння льоду і того, як він утворюється, може дати неоціненне розуміння в різних галузях науки. Ця робота може мати особливе значення в метеорології, наприклад, де утворення льоду за допомогою льоду 0-подібних попередників може мати набагато помітніший ефект у маленьких крапельках води, подібних до тих, що містяться в хмарах. Розуміння льоду може мати переваги і в технологіях, від харчових наук до кондиціонування повітря.