Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников.

Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с исключительной детализацией.

Для наблюдения за процессом формирования кристаллов использовались сверхбыстрые рентгеновские импульсы европейского XFEL, продолжительность которых составляет всего миллионную долю секунды. Благодаря этому ученым удалось создать своеобразные "видеоролики" роста льда и проследить, как вода при замерзании не всегда переходит напрямую из жидкого состояния в твердое. Иногда она образует редкую фазу - лед VI, а иногда проходит через промежуточные метастабильные состояния, одно из которых оказалось ранее неизвестным.

Новая фаза получила название лед XXI. Его плотность составляет около 1,413 г/см?, соответствуя давлению примерно 1,6 гигапаскаля. После формирования лед XXI не возвращается в предыдущую фазу, а постепенно переходит к более стабильным формам - льду VII и VI. Такое одностороннее превращение делает лед XXI метастабильным: он сохраняется некоторое время, несмотря на наличие более устойчивой структуры.

Чтобы понять механизмы на атомном уровне, ученые совместили эксперименты с моделированием молекулярной динамики, используя две компьютерные модели воды. При увеличении давления до 2 гигапаскалей внутренние структуры жидкости постепенно перестраиваются: молекулы переходят от конфигурации, характерной для льда VI, к структуре, присущей льду VII. Это помогает объяснить, почему вода способна формировать различные твердые фазы.

Процесс замерзания, как выяснилось, не является мгновенным. Вода проходит через промежуточные состояния, где молекулы частично упорядочены, прежде чем полностью сформировать кристалл. Важным фактором оказывается время - точный баланс между скоростью образования кристаллов и передачей энергии в жидкости. Для фиксации этих событий потребовались передовые рентгеновские технологии и эксперименты на установке PETRA III в DESY, которые подтвердили существование льда XXI и его необычно крупные повторяющиеся структурные элементы.

При медленном сжатии вода формирует обычные стабильные формы льда VI или VII, но при быстром сжатии она становится "сверхсжатой", временно сопротивляется замерзанию и образует экзотические структуры. Ученые считают, что аналогичные процессы могут происходить в недрах холодных лун, таких как Титан и Ганимед, где давление и температура достаточно высоки для появления необычных фаз льда.