Израильские физики заморозили воду нагреванием

При контакте с определенным классом веществ переохлажденная вода начинает превращаться в лед с повышением температуры. Такой необычный опыт провела группа исследователей под руководством Игоря Любомирского из научного института Вайцмана.

Чистая переохлажденная вода способна оставаться жидкой до -40 градусов по Цельсию, и обычно переходу ее в кристаллическое состояние способствует какое-либо внешнее возмущение или добавка центров кристаллизации (мелких твердых частиц). Однако возможна парадоксальная ситуация, при которой переохлажденная жидкость самопроизвольно и резко начнет обращаться в лед при нагреве.

Данный эффект, как открыли Любомирский (он на фото под заголовком) и его коллеги, получается при контакте воды с пироэлектриками. Последние представляют собой материалы, способные при росте или падении температуры создавать на своей поверхности временные нескомпенсированные электрические заряды.

По результатам экспериментов с водой на кристалле LiTaO3 и на квазиаморфной тонкой пленке SrTiO3 ученые установили, что появление положительных зарядов на поверхности этих веществ способствует кристаллизации H2O, а отрицательных зарядов, напротив, снижает температуру замерзания воды. Это, в свою очередь, приводит к интересным явлениям.

Так, капельки воды, охлажденные на отрицательно заряженной поверхности LiTaO3 до 11 градусов ниже нуля (и остающиеся при этом жидкими), мгновенно замораживаются при повышении температуры до -8 °C, поскольку пироэлектрик в этот момент меняет заряд поверхности на положительный.

Также авторы эксперимента, используя рентген, установили, что на положительно заряженной поверхности замораживание начинается с раздела твердое тело/вода, а на отрицательно заряженной поверхности лед растет с границы вода/воздух. Вероятно, это связано с поляризацией молекул воды (электронные облака в которой смещены в сторону кислорода) и притягиванием (или отталкиванием) того или иного ее края к заряженной поверхности пироэлектрика.

"Разница между положительным и отрицательным зарядами была неожиданной", — прокомментировал наблюдаемые эффекты Любомирский, пишет membrana со ссылкой на Science.

Понимание всех тонкостей взаимодействия воды и пироэлектриков может дать богатую пищу для размышлений о защитных процессах в тканях холоднокровных животных, попадающих в лед, а также может привести к новым методам криоконсервации клеток и тканей, защиты сельскохозяйственных растений от замерзания и искусственной генерации облаков.

Марсианский кратер сохраняет следы изменения климата

Ученые из Лаборатории реактивного движения, Университета Джонса Хопкинса и Калифорнийского технологического института (все - США) представили максимально точную карту расположения слоев пород, составляющих возвышенность на дне марсианского кратера Гейла.

Кратер Гейла имеет около 152 км в диаметре. Огромная возвышенность на его дне, которая формировалась, как считается, в течение двух миллиардов лет, поднимается над уровнем южной границы кратера. «Если бы вы оказались там, то увидели бы четкое чередование слоев отложений, замечательный геологический разрез, по высоте более чем в два раза превосходящий скалы Гранд-Каньона», - рассказывает участник исследования Брэдли Томсон (Bradley Thomson).

Для изучения этой возвышенности авторы использовали три прибора, установленные на борту межпланетной станции НАСА Mars Reconnaissance Orbiter. Камера высокого разрешения HiRISE передала четкие снимки поверхности, и ученые, используя стереопары изображений, создали трехмерную модель склона, разрешение которой по высоте составляет около одного метра. Спектрометр CRISM предоставил информацию о тех минералах, которые находятся на поверхности, а камера СТХ обеспечила исследователей масштабными полутоновыми изображениями с разрешением в шесть метров на пиксел.

Полученные данные говорят о разделении слоев вещества, составляющих возвышенность. Ближе к дну кратера находятся глинистые минералы, формирующиеся во влажных условиях. Затем к ним примешиваются сульфаты, также образующиеся во влажных условиях и осаждающиеся при испарении воды, в которой они растворены. Еще выше располагаются слои сульфатов уже без глинистых минералов, а на самом верху находится группа «аккуратных» слоев примерно одинаковой толщины, в которых связанные с водой отложения минералов отсутствуют. «Эта четкая последовательность отражает различные стадии высыхания Марса», - комментирует другой участник исследования Ральф Милликен (Ralph Milliken).

Такой порядок смены условий формирования минералов вполне соответствует современным научным представлениям. Ранее специалистам, однако, приходилось объединять данные из разных источников, в то время как кратер Гейла демонстрирует всю последовательность изменений климатических условий.