Вода настолько распространена, что мы принимаем ее как должное. Однако вода также имеет очень странные свойства по сравнению с большинством других жидкостей. Его твердая форма менее плотная, чем жидкая, поэтому лед плавает; его особый профиль теплоемкости оказывает сильное влияние на океанские течения и климат; и он может оставаться жидким при очень низких температурах.
Помимо обычной воды и водяного пара, или пара, существует по крайней мере 17 форм водяного льда и две предлагаемые формы переохлажденной жидкой воды.Новая работа геофизиков высокого давления Карнеги Чуанлуна Линя, Джесси Смита, Станислава Синогейкина и Гуойня Шена обнаружила доказательства существования давно теоретизировавшейся, трудноразличимой жидкой фазы воды с низкой плотностью.
Их работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.Нормальная плотность воды — один грамм молекул воды на каждый кубический сантиметр. Исследования аномалий в поведении воды показали существование жидкой воды как с более низкой, так и более высокой плотностью, чем этот стандарт.
Но наблюдать эти явления экспериментально было сложно.У каждой молекулы есть так называемая фазовая диаграмма — своего рода диаграмма, показывающая, как изменяется ее объемная молекулярная структура при различных условиях температуры и давления. Части фазовой диаграммы, где, как считается, присутствует вода с низкой плотностью, заведомо трудны для исследования, так называемая «нейтральная зона воды», потому что они требуют пути через ряд очень специфических, очень сложных условий.Но команда Карнеги смогла наблюдать воду с низкой плотностью в качестве промежуточной фазы, используя недавно разработанную технику быстрой декомпрессии, чтобы превратить кристаллическую фазу льда-VIII высокого давления в алмазоподобный лед Ic при температурах от -207 до — 163 градуса по Фаренгейту (140 и 165 кельвинов).
Сложный рентгеновский анализ подтвердил наблюдение жидкой водной фазы с низкой плотностью, которое длилось всего около полсекунды при -163 градусах Фаренгейта (160 кельвинов).Когда лед-VIII разжимался на умеренных скоростях, он образовывал другие фазы льда, что указывает на то, что скорость декомпрессии является ключом к наблюдению за жидкой водной фазой с низкой плотностью.
«Наш недавно разработанный метод очень быстрой декомпрессии стал ключом к этому захватывающему наблюдению за жидкой водой с низкой плотностью как промежуточным звеном между двумя кристаллическими фазами», — объяснил Шен.