Вода здається настільки звичною речовиною, що ми рідко замислюємося: саме вона робить життя на Землі можливим. Але що більше вчені її досліджують, то більше переконуються — вода зовсім не така “проста”, як здається.
Ще наприкінці XIX століття німецький фізик Вільгельм Рентген звернув увагу на дивну поведінку води. І відтоді накопичилося чимало доказів: H₂O має десятки властивостей, які не вписуються в стандартні моделі рідин. Вона має незвично високу поверхневу напругу, аномальну теплоємність, особливу густину та нетипову температуру кипіння. Загалом — понад 60 характеристик, які відрізняють її від більшості інших рідин.
“Якщо взяти прості термодинамічні властивості рідин, то всі вони поводяться передбачувано при зміні температури і тиску. Крім води”, — зазначає дослідник зі Стокгольмського університету Андерс Нільссон, який багато років вивчає її поведінку.
Однією з головних загадок довгий час залишалося питання: чому вода така “непередбачувана”? Щоб це зрозуміти, вчені шукали так звану критичну точку — момент, у якому змінюється сам стан рідини.
Було відомо, що при дуже високих температурах і тиску вода переходить у стан, де межа між рідиною і газом зникає. Але існувала ще одна гіпотеза: під час сильного охолодження, нижче нуля, вода теж може мати приховану критичну точку. Адже є дивний факт — максимальну густину вода має при +4°C, а далі поводиться “навпаки”, через що лід і плаває на поверхні.
Попередні дослідження навіть припускали, що надпереохолоджена вода може існувати у двох різних формах: більш щільній і менш щільній рідині. Але підтвердити це було надзвичайно складно — вода миттєво замерзає, не даючи часу на вимірювання.
У новому дослідженні, опублікованому в журналі Science, команда вчених під керівництвом Кюн Хван Кіма використала надшвидкі імпульси рентгенівського лазера, щоб буквально “зловити” воду в момент переходу в лід. Це дозволило побачити процес, який раніше був недосяжним для науки.
Результат виявився сенсаційним: критична точка води існує приблизно при -63°C (210 Кельвінів). Саме там відбувається перехід між двома прихованими станами рідини.
“Ми змогли зробити рентгенівський знімок надшвидко — до того, як вода встигла замерзнути, і побачити, як зникає перехід між станами рідини та з’являється новий критичний стан”, — пояснює Нільссон.
Цікаво, що ця ідея фактично повертає нас до відкриттів самого Рентгена: його ж технологія допомогла через понад століття підтвердити припущення про дивну природу води.
Хоча ці стани існують за екстремальних умов високого тиску, вчені вважають, що їхні ефекти можуть “просочуватися” і в звичайні земні умови. А це означає, що саме ці приховані переходи можуть пояснювати, чому вода поводиться настільки незвично.
Попереду — новий етап досліджень. Вчені планують з’ясувати, як ці властивості води впливають на клімат, геологічні процеси, біологію та навіть формування життя. Cхоже, навіть після століття досліджень вода все ще залишається однією з найбільших наукових загадок на нашій планеті.