Нанопленка воды раскрыла секрет причудливых форм снежинок и льда
Исследователь из Университета Комплутенсе в Мадриде заявил, что, возможно, решил давнюю научную загадку, объясняющую, почему кристаллы льда приобретают различные формы. Ученый Луис МакДоуэлл связывает это явление с существованием на поверхности льда сверхтонкого слоя жидкой воды, так называемой "пленки предплавления". Этот слой, по его теории, влияет на скорость роста граней кристалла, что в итоге и определяет его конечную форму — будь то призмы, плоские пластинки или столбчатые колонны.
Наблюдения за разнообразием форм снежинок и кристаллов льда долгое время не находили единого объяснения. Предположение о существовании жидкой пленки на поверхности льда даже ниже точки замерзания было выдвинуто еще в XIX веке Майклом Фарадеем. Однако экспериментальные попытки подтвердить эту теорию давали противоречивые результаты: одни исследования фиксировали слой определенной толщины, другие — другую, а третьи не находили его вовсе.
МакДоуэлл подошел к проблеме с теоретической стороны, сфокусировавшись на компьютерном моделировании так называемой тройной точки воды — состояния, при котором лед, вода и пар находятся в равновесии. Его симуляции показали, что при приближении к этому идеальному равновесию на поверхности льда действительно стабильно возникает нанопленка жидкости. Ученый предполагает, что расхождения в более ранних экспериментах были вызваны практической невозможностью достичь и точно поддерживать идеальное равновесие фаз в лабораторных условиях. Толщина этой пленки, обусловленная необычными поверхностными свойствами воды, и определяет скорость роста кристаллических граней, что в итоге "диктует" льду, в какую форму ему превратиться.
Исследователь надеется, что его теория, в The Journal of Chemical Physics, найдет применение в климатологии для лучшего понимания динамики льда в атмосфере Земли. В своих дальнейших планах МакДоуэлл называет изучение влияния примесей во льду на толщину пленки, исследование трения, а также попытку применить свою модель для разгадки другого старого феномена — физики скольжения коньков по льду.