Важное открытие относительно льда: даже при температуре ниже нуля он тает

Фото: Science

При комнатной температуре кусок льда будет таять на глазах. Но даже при температуре ниже нуля лед может таять едва заметным образом, и ученые пытаются это понять. Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, обнаружили явление, известное как преждевременное плавление, при температурах, намного более низких, чем те, которые наблюдались ранее, пишет Phys.

Преждевременное плавление является причиной того, что кусок льда может быть скользким даже в холодный ясный день. Хотя кусок заморожен, некоторая часть его поверхности является влажной. Идея о предварительном плавлении, когда появляется жидкоподобный слой на льду открывает другие давние вопросы о том, как вода превращается из жидкости в лед, а затем в пар И как при определенных условиях вода может находится в трех состояниях одновременно.

Но рамках нового исследования ученые изучали кристаллы льда, образовавшиеся при температуре ниже минус 143 градусов Цельсия, размер которых составляет всего 10 миллионных долей метра.

Кроме того, что исследование раскрывает природу воды при минусовых температурах, оно демонстрирует метод изучения образцов в деталях на молекулярном уровне. Речь идет о трансмиссионной электронной микроскопии с высоким разрешением и низкими дозами излучения (ТЭМ).

С помощью ТЭМ на объект направляют поток электронов, которые являются субатомными частицами. Детектор создает изображение, фиксируя, как электроны рассеиваются от объекта. Ученые экспериментировали с методом ТЭМ при изучении льда. По словам ученых, лед очень сложно визуализировать, потому что он очень нестабилен под действием электронного пучка. Тем не менее ученые смогли визуализировать нанокристаллы льда без нанесения сильного ущерба его структуре.

Ученые использовали жидкий азот для выращивания кристаллов льда на углеродных нанотрубках при температуре минус 143 градуса Цельсия. Во время прошлых исследований ученые наблюдали предварительное плавление рядом с тройной точкой воды. В тройной точке температура чуть выше нуля, а давление настолько низкое, что лед, жидкость и водяной пар могут существовать одновременно. При температуре и давлении ниже тройной точки лед сублимируется непосредственно в водяной пар.

Правила поведения воды часто суммируются в простой фазовой диаграмме, которая отображает различные состояния воды при различных сочетаниях температуры и давления.

По словам ученых, реальный мир гораздо сложнее, чем эта простая фазовая диаграмма, поэтому как им удалось показать предварительное плавление может произойти далеко внизу кривой, хотя исследователи не могут этого объяснить.

Результат исследования показал, что два отдельных нанокристалла льда растворяются друг в друге, когда лед нагревается под постоянным давлением до минус 123 градуса Цельсия. Хотя лед существовал все еще при температуре ниже нуля, на его поверхности образовался квазижидкий слой. Эта сверхвязкая вода не укладывается в число простых линий фазовой диаграммы, где вода переходит непосредственно из льда в пар.Теперь ученые хотят выяснить, какова точная природа жидкоподобного слоя, который они обнаружили.

Интересные новости всегда под рукой в нашем Telegram-канале

Подписаться

Ирина Скиба / Skibair
Журналист GolosInfo