Ученые создали новый тип льда, который соответствует плотности и структуре воды, что, возможно, открывает двери для изучения загадочных свойств воды.
«Это может быть жидкая вода, застывшая во времени», — говорит Мартин Чаплин, специалист по структуре воды в Лондонском университете Саут-Бэнк, не участвовавший в работе. — Это может быть очень важно.
Лед называется аморфным льдом средней плотности. Создавшая его команда под руководством Александра Розу-Финсена из Университетского колледжа Лондона (UCL) встряхивала обычный лед в небольшом контейнере с шариками из нержавеющей стали сантиметровой ширины при температуре –200 ˚C, чтобы получить вариант, который никогда ранее не применялся. Был замечен раньше. Лед выглядел как белый гранулированный порошок, прилипший к металлическим шарикам. Результаты были опубликованы сегодня в журнале Science 1.
Случайные молекулы
Обычно, когда вода замерзает, она кристаллизуется, и ее молекулы выстраиваются в знакомую шестиугольную твердую структуру, которую мы называем льдом. Лед менее плотный, чем его жидкая форма — необычное свойство для кристалла. В зависимости от таких условий, как давление и скорость замерзания, вода также может затвердевать в любом из двух десятков других обычных способов. Аморфный лед другой: в нем такого порядка нет. «У вас есть множество беспорядочно соединяющихся молекул», — говорит Чаплин.
Два типа аморфного льда были обнаружены ранее, оба в двадцатом веке. Аморфный лед «низкой плотности» возникает в результате замерзания водяного пара на очень холодной поверхности при температуре ниже –150 ˚C; Аморфный лед «высокой плотности» образуется путем сжатия обычного льда при аналогичных температурах под высоким давлением. Хотя ни один из этих типов не распространен на Земле, оба они широко распространены в космосе. «Кометы — это большие куски аморфного льда низкой плотности», — говорит Кристоф Зальцманн, химик из Калифорнийского университета в Калифорнии и соавтор последней работы.
Команда использовала шаровую мельницу, инструмент, обычно используемый для измельчения или смешивания материалов при переработке полезных ископаемых, для измельчения кристаллизованного льда. Используя контейнер с металлическими шариками внутри, они встряхивали небольшое количество льда примерно 20 раз в секунду. По словам Зальцманна, металлические шарики создавали «сдвигающую силу» на льду, превращая его в белый порошок.
Облучение порошка рентгеновскими лучами и измерение их отражения — процесс, известный как рентгеновская дифракция, — позволил команде разработать его структуру. Лед имел молекулярную плотность, подобную плотности жидкой воды, без видимой упорядоченной структуры молекул — это означает, что кристалличность была «разрушена», — говорит Зальцманн. «Вы смотрите на очень беспорядочный материал».
Результаты «довольно убедительны», говорит Мариус Миллот, физик из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии. «Это отличный пример того, что нам еще есть что понять в отношении воды».
Результаты совпали с моделями, разработанными учеными из Кембриджского университета, Великобритания, и предсказали, что произойдет, если обычный лед будет разрушен таким образом. Однако неясно, действительно ли полученный порошок соответствует свойствам жидкой воды, учитывая, что ранее он был заморожен в виде кристаллизованного льда. Исследование этого потребует дальнейшей работы.
