Уже более 160 лет учёные обсуждают особенности внешнего вида льда. Замороженная вода покрыта слоем молекул, которые ведут себя как жидкость. В рамках нового эксперимента специалисты визуализировали поверхность льда и узнали примерное происхождение его квазижидкого слоя.
Таящее покрытие льда появляется даже при температурах значительно ниже нуля. Это явление известно как «предварительное таяние». Данный слой действует как смазка, чем объясняется то, что лёд остаётся скользким даже в холодных условиях. Однако эта необычная поверхность льда до сих пор оставалась плохо изученной.
В ходе нового исследования учёные использовали атомно-силовую микроскопию для измерения местоположения атомов на поверхности льда. Оказалось, что при температуре около -150 градусов по Цельсию поверхность льда состоит не из одного его вида, а из двух. Также специалисты обнаружили дефекты в структуре поверхности, которые, по-видимому, и вызывают предварительное плавление.
JIANG GROUP/PEKING UNIVERSITY
В зависимости от расположения молекул лёд бывает разных типов. В нормальных условиях молекулы воды расположены слоями шестиугольников, наложенных друг на друга. Разновидность такого шестиугольного льда (он также называется льдом Ih) и изучали эксперты. Однако его поверхность не была полностью шестиугольной. Изображения атомно-силового микроскопа показали, что поверхность состоит из некоторых областей льда Ih и других областей льда Ic, в которых шестиугольники в каждом слое сдвинуты, чтобы создать структуру, аналогичную расположению атомов углерода в алмазе.
На границах двух типов льда исследователи обнаружили дефекты в структуре льда. Они возникли в результате несовпадения двух типов льда. При повышении температуры эти неупорядоченные области расширились. В жидкостях атомы и молекулы были перемешаны аналогичным образом, то же самое относится и к квазижидкому слою льда. Согласно компьютерному моделированию, при ещё более высоких температурах этот «беспорядок» распространится на всю поверхность льда.