Ученые раскрыли тайну плавающего льда, обнаружив скрытое состояние воды

Исследователи из Стокгольмского университета с помощью сверхбыстрых рентгеновских лазеров впервые подтвердили существование критической точки жидкость-жидкость в переохлажденной воде. Открытие объясняет аномальное поведение воды — от расширения при охлаждении до способности льда плавать на поверхности.

Ученые раскрыли тайну плавающего льда, обнаружив скрытое состояние воды

Ученые, возможно, наконец разгадали давнюю загадку того, почему лед плавает и почему жидкая вода расширяется при охлаждении ниже четырех градусов Цельсия. Исследователи из Стокгольмского университета обнаружили свидетельства существования скрытой критической точки жидкость-жидкость в переохлажденной воде — состояния, которое долгое время оставалось неуловимым для науки. С помощью сверхбыстрых импульсов рентгеновского лазера они зафиксировали эту точку при температуре минус 63 градуса Цельсия и давлении около 1000 атмосфер.

Вода долгое время ставила ученых в тупик, поскольку ее поведение противоречит законам, которым следуют большинство других жидкостей. Обычно материалы сжимаются при охлаждении и становятся плотнее, но вода достигает максимальной плотности при четырех градусах Цельсия, а затем начинает расширяться. Именно поэтому лед плавает, а холодная вода в озере зимой поднимается вверх, не давая водоему промерзнуть до дна. На протяжении десятилетий ученые предполагали, что причиной этих аномалий может быть существование скрытой критической точки, где вода способна одновременно находиться в двух разных жидких фазах.

Чтобы подтвердить эту гипотезу, исследователи использовали сверхбыстрые рентгеновские лазеры, способные делать снимки с невероятной скоростью — достаточно быстро, чтобы зафиксировать структуру переохлажденной воды до того, как она успевает кристаллизоваться в лед. Эксперименты показали, что при низких температурах и высоком давлении вода действительно может существовать в двух различных жидких фазах, которые различаются способом организации и связывания молекул. В определенный момент различие между ними полностью исчезает — и это слияние двух фаз и является искомой критической точкой.

По словам профессора Андерса Нильссона, руководившего исследованием, полученные результаты разрешают давний научный вопрос и открывают новые направления для изучения. Ученые полагают, что аномальные свойства воды при комнатной температуре возникают из-за постоянных колебаний между двумя жидкими состояниями на микроскопическом уровне, и чем ближе условия к критической точке, тем сильнее становятся эти колебания. Как отметил исследователь Робин Тыбурски, из критической точки практически невозможно выйти, если в нее войти — это почти как попасть в черную дыру. Следующий этап, добавил Нильссон, — выяснить, как эти результаты повлияют на понимание роли воды в физических, химических, биологических, геологических и климатических процессах. Исследование опубликовано в журнале Science.

Читайте также

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Китайские ученые создали сверхпрочный сплав, выдерживающий нагрев до 2400 °C

Китайские ученые создали сверхпрочный сплав, выдерживающий нагрев до 2400 °C

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Траектория старения: в ННГУ научились прогнозировать возрастные изменения у конкретного человека

Траектория старения: в ННГУ научились прогнозировать возрастные изменения у конкретного человека

Ученые МИСИС создали наночастицы с защитой от перегрева для терапии рака

Ученые МИСИС создали наночастицы с защитой от перегрева для терапии рака

Физики раскрыли загадку «лишнего» гамма-излучения атомных ядер, над которой бились десятилетиями

Физики раскрыли загадку «лишнего» гамма-излучения атомных ядер, над которой бились десятилетиями

Ученые выяснили, что многолетние финансовые трудности могут ускорять старение мозга

Ученые выяснили, что многолетние финансовые трудности могут ускорять старение мозга

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд