Тайная жизнь воды при очень низких температурах

Научная статья, описывающая воду в необычном состоянии, будет опубликована в новом номере журнала Journal of Chemical Physics, а пока о нем сообщил ряд англоязычных научно-популярных изданий со ссылкой на университет Юты и Американский физический институт. По словам Валерии Молинеро, руководителя исследования, при низких температурах вода может проявлять свойства и льда, и жидкости одновременно.

На этой диаграмме (нажмите для просмотра) показано, в каких состояниях может находится вода при разных давлениях и температурах.
Источник: London South Bank Univercity, адаптация GZT.RU

 

 

Из школьного учебника природоведения известно, что вода (вещество) бывает в трех состояниях— пар, лед и собственно вода (жидкость). Однако это верно лишь с одной оговоркой— вода, которую можно увидеть в обычных условиях, чаще всего бывает в одном из этих трех состояний.

Если воду начать очень осторожно охлаждать или нагревать, это может привести к тому, что она останется жидкой и после выхода за пределы температурного диапазона от 0 до 100 градусов. Переохлажденная или перегретая вода может затем резко замерзнуть или вскипеть буквально от резкого удара или попадания в сосуд с ней посторонней частицы.

Эффект резкого вскипания, кстати, может быть опасен для перегретой в СВЧ-печи жидкости. Известный случаи, когда люди ставили греть воду для чая, разогревали до перегретого состояния, кидали чайный пакетик— и кипяток буквально выплескивался наружу струей пара и брызг.

Воду можно переохладить до очень низких температур, вплоть до -90 градусов Цельсия при нормальном давлении (если давление поднять, то и еще ниже). А что дальше? Физикам, изучавшим поведение воды при самых разных сочетаниях давления и температур, известно, что молекулярная структура льда перестраивается при высоком давлении— льдов с уникальной кристаллической структурой известно 15 разновидностей и вдобавок к ним существует еще аморфный лед. Точнее— несколько видов аморфного льда.

Стеклянный лед— это не просто метафора. Стекло, с точки зрения физиков, не является твердым телом: в нем нет кристаллической решетки, а молекулы стекол беспорядочно расположены друг относительно друга, практически как в жидкости.

Схема, показывающая переходы между разными состояниями льда и жидкой воды.
Источник: Алексей Тимошенко, GZT.RU

 

 

Лед, как выяснили ученые в XX столетии, тоже может быть именно аморфным, стеклянным. Причем воду для этого надо очень сильно охладить и охладить быстро— многие формы аморфного льда требуют для своего получения снижения температуры на миллионы градусов за секунду, а при более медленном остывании получается лед кристаллический. И по своим свойствам аморфный лед значительно отличается, его плотность, к примеру, может быть заметно больше одного грамма на кубический сантиметр (до 1,25 г/см кубический!).

Лед-IX фигурировал в романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки»— там эта модификация льда, полученная учеными, вызвала катастрофу, придуманный Воннегутом лед не плавился при комнатной температуре и замораживал обычную воду, превращая ее в лед-IX. Не приведут ли работы в области физики льда к чему-то подобному? И кому вообще нужно тратить время и деньги на изучение одного из самых распространенных веществ в различных экзотических условиях?

Лед обычный (слева) и лед-8 (справа). Масштаб немного не совпадает.
Источник: London South Bank Univercity, адаптация GZT.RU

 

 

Через шесть лет после выхода романа лед-IX был получен, но, естественно, никакими сверхестественными формами он не обладал. Да и номер ему дали просто по порядку открытия, с тем же успехом на его месте могла оказаться и другая форма льда.

Численное моделирование, которое проводит группа Молинеро, позволяет описать вовсе не столь уж необычную ситуацию и с куда как большей пользой для человечества. По словам физика, которые приводит издание Science Daily, изучение аморфного льда и переохлажденной воды позволит лучше понять механизм формирования облаков, расположенных в верхних слоях атмосферы. Такие облака, хотя и напрямую не вовлечены в выпадение осадков, влияют на прохождение солнечного излучения через атмосферу, влияя тем самым на климат всей планеты.

Нельзя не сделать еще одно замечание— наряду с учеными, которые изучают молекулярную структуру воды при различных условиях, есть и пользующиеся псевдонаучными терминами мошенники, обещающие «улучшить» или «гармонизировать» структуру воды. Причем не просто при комнатной температуре и давлении, но и путем воздействия довольно странных методов— например, одно из продаваемых под видом фильтра для воды устройств представляет простой деревянный диск, почему-то называемый производителем «генератором». Другие утверждают, что вода «слышит» слова и «меняет свою структуру» в зависимости от их смысла— правда, непонятно тогда как ей реагировать на схожие по звучанию, но разные по смыслу и эмоциональной окраске термины.

Скандалы вокруг темы водоочистки в России вышли на новый уровень после того, как очередной изобретатель с сомнительной репутацией взял в соавторы патента спикера Госдумы, а его фильтры стали закупаться государственными организациями. Читайте сюжет «Петрикгейт».

Все это не имеет ничего общего с наукой. Физики и химики действительно изучают структуру воды— но, как можно видеть на примере описанного выше исследования, это не связано ни с влиянием на воду нецензурной лексики, ни с какими-либо паранормальными явлениями.