Woda nie zawsze przekształca się w lód w temperaturze 0°C

Niedawno opublikowane badanie wyjaśnia, dlaczego czasami trzeba osiągnąć temperaturę -48°C, aby być pewnym, że woda przekształci się w lód. Naukowcy badający atmosferę muszią wiedzieć w jakiej temperaturze i w jakim rytmie woda zamarza i przeksztłca się w lód.

Ta wiedza jest im potrzebna do przewidywania ile wody w atmosferze jest w stanie płynnym, a ile w stanie zamrożonym, wyjaśnia pani Valeria Molinero z deparamentu chemii na uniwersytecie w Utah, w Stanach Zjednoczonych.

A jeżeli znamy dokładnie tę ilość wody, możliwe jest określnie ilości promieniowania słonecznego zaabsorbowanego przez wodę i lód atmosferyczny. Jest to bardzo ważne dla przewidywań dotyczących klimatu na skalę światową, dodaje specjalistka.

Aby powstał lód, trzeba najpierw, żeby pojawiły się maleńkie ziarnka lodu w wodzie. W wodzie czystej, jedynym sposobem na stworzenie takich ziarenek jest spontaniczna zmiana strukury cieczy, wyjaśnia Valeria Molinero.

Kluczowym pytaniem jest więc, kontynuuje uczona, w jakich warunkach tworzą się te ziarnka lodu i są na tyle duże, żeby mogły jeszcze się zwiększyć?

Jak wyjaśnia Valeria Molinero, wraz z drugą badaczką Emily Moore, w przeglądzie naukowym Nature, nie jest to tylko kwestia ekstremalnego zimna, albowiem to zależy również od sposobu organizacji molekuł wody.

Woda w stanie przechłodzenia – jeszcze w stanie płynnym poniżej 0 stopni Celsjusza – przekształca się w lód kiedy molekuły wiążą się ze sobą, aby utworzyć czworościany, czyli piramidy o czterech stronach. Aby powstał lód, trzeba najpierw maleńkich ziarenek lodu na łonie cieczy.

W wodzie czystej, aby powstały takie lodowej jądra, trzeba zmienić strukturę cieczy, podkreśla pani Valeria Molinero. Symulując na komputerze zachowanie tysięcy molekuł wody, dwie chemiczki określiły z jaką prędkością tworzą się kryształy lodu i do jakiej temperatury woda musi się schłodzić, aby osiągnąć maksymalny poziom krystalizacji i zamrożenia w sposób pewny: jest to aż -48 stopni Celsjusza.