Naukowcy z University of Tokyo odkryli niedawno inny rodzaj lodu: lód 0, niezwykłą formę lodu, która może zapoczątkować tworzenie się kryształków lodu w przechłodzonej wodzie. Okazuje się, że dzieje się to w pobliżu jej powierzchni, a nie jądrze. Badanie opisane w czasopiśmie Nature Communications rozwiązuje długotrwałą zagadkę i może pomóc na nowo zdefiniować nasze rozumienie tego, jak powstaje lód.
Lód 0 to rzadka forma lodu, która pojawia się częściej, niż myśleliśmy
Lód 0 to niedawno odkryta forma lodu, jedna z ponad 20 odmian znanych nauce. W przeciwieństwie do zwykłego lodu I, z którym spotykamy się w życiu codziennym, lód 0 istnieje tylko w określonych warunkach i wcześniej uważano, że ma ograniczone znaczenie dla naturalnych procesów formowania się lodu.
Czytaj też: Lód, który topi się tylko w ekstremalnych warunkach. Tajemnicza substancja zaskakuje właściwościami
Jednak nowe badanie pokazuje, że struktury podobne do lodu 0 mogą spontanicznie tworzyć się w pobliżu powierzchni kropelek wody z powodu ujemnych efektów ciśnienia spowodowanych napięciem powierzchniowym. Te prekursory podobne do lodu 0 służą jako pomost między wodą w stanie ciekłym a lodem stałym, ułatwiając proces krystalizacji.
Dr Gang Sun z University of Tokyo mówi:
Symulacje wykazały, że kropla wody ma większe prawdopodobieństwo krystalizacji w pobliżu wolnej powierzchni w warunkach izotermicznych. Rozwiązuje to długotrwałą debatę na temat tego, czy krystalizacja zachodzi łatwiej na powierzchni czy wewnętrznie.
Pierścieniowata struktura prekursorów lodu 0 bardzo przypomina strukturę przechłodzonej wody. To podobieństwo strukturalne pozwala cząsteczkom wody łatwiej przechodzić w stan krystaliczny bez konieczności natychmiastowego tworzenia sztywniejszej struktury zwykłego lodu I.
Gdy krystalizacja zaczyna się od tych prekursorów, struktury podobne do lodu 0 szybko przekształcają się w znany lód I. Ten proces wyjaśnia, dlaczego formowanie się lodu często zaczyna się w pobliżu powierzchni kropelek wody, co od lat zastanawia naukowców.
Dr Hajime Tanaka z University of Toyko wyjaśnia:
Oczekuje się, że ustalenia dotyczące mechanizmu powierzchniowej krystalizacji wody w znacznym stopniu przyczynią się do rozwoju różnych dziedzin, w tym badań nad klimatem i nauk o żywności, w których krystalizacja wody odgrywa kluczową rolę.
Zrozumienie zawiłości powstawania lodu jest kluczowe dla szerokiego zakresu zastosowań, od przewidywania wzorców pogodowych po opracowywanie bardziej wydajnych technik konserwacji żywności. Ta nowa wiedza na temat roli prekursorów lodu 0 może doprowadzić do dokładniejszych modeli klimatycznych, ulepszonych metod ochrony przed mrozem w rolnictwie i postępów w technologiach krioprezerwacji.
Czytaj też: Lód, ale zupełnie inny niż na Ziemi. Może się w nim ukrywać życie
Odkrycie może być szczególnie istotne w meteorologii, gdzie powstawanie lodu za pośrednictwem prekursorów podobnych do lodu 0 może mieć wyraźniejszy wpływ na drobne kropelki wody znajdujące się w chmurach. Może to potencjalnie poprawić nasze zrozumienie powstawania chmur, opadów i innych zjawisk atmosferycznych.
