Водата реагира много необичайно на много ниски температури. Да започнем с факта, че по време на охлаждането, противно на логиката, водата не се свива, а се разширява (това е причината ледът да има свойството на плаваемост). Студената вода е по-малко сгъваема от горещата. Освен това, когато са замразени, водните молекули могат да променят позицията си по всякакъв възможен начин.
Всичко това е трудно да се намери обяснение, а съществуващите теории предизвикват ожесточена полемика в научните среди. Една от тях е формулирана преди почти три десетилетия и е, че ледената вода може да съществува в две различни течни форми, едната от които има по-малко плътна структура. С други думи, има два вида вода, всеки от които е отделна течност. Трудно е да се докаже тази теория в лаборатория, но италианските учени успяха да намерят доказателства, които да я защитят. Изследването беше публикувано наскоро в списание Science.
В своето проучване учените Пабло Дебенедети и Гюл Х. Зерце от Принстънския университет и Франческо Шортико от Ла Сапиенца в Рим предполагат, че "втората критична точка на водата" се появява при температури от -83 до -100 градуса и при атмосферно налягане почти 2000 пъти по-високо от налягането над морското равнище. Критичната точка е единствената стойност на температурата и налягането, при която две фази на веществото стават неразличими и това се случва точно преди веществото да премине от една фаза в друга. Водата например има добре позната критична точка при прехода от течна към пара.
"Само си представете нашата радост, когато видяхме, че критичните колебания протичат точно както очаквахме - обяснява Сортино, - сега мога да спя спокойно, защото след 25 години идеята ми най-накрая намери потвърждение."
Досега експериментите, използващи истински водни молекули за тестване на втората критична точка на "преохлаждащата" вода, не можеха да дадат еднозначни доказателства за нейното съществуване. Това до голяма степен се дължи на факта, че ледената вода обикновено се превръща в лед, каза Дебенедети.
Поради тази причина изследователите решиха да прибегнат до използване на компютърни модели. Процесът е наистина трудоемък: въпреки високата мощност на съвременните суперкомпютри, учените прекараха 18 месеца, правейки необходимите изчисления, за да създадат модели.
При симулации, когато температурата все още беше далеч от точката на замръзване, плътността на водата започна да се колебае значително. В резултат на това учените успяха да намерят критичната точка, която търсеха в два различни компютърни модела вода. В същото време, за да се намери критичната точка на водата и в двата модела, бяха приложени различни изчислителни подходи.
Както при прехода от течната фаза към газовата фаза, ледената вода може да се промени в две различни фази, в зависимост от това как молекулите й са пренаредени. Така в течност с ниска плътност четири молекули са групирани около централна молекула, за да образуват тетраедър. В течност с по-висока плътност обаче шестата молекула влиза в игра, което води до увеличаване на нейната плътност.
Промоционално видео:
В своята статия изследователите пишат, че „в границите на нашите изчислителни възможности е доказано съществуването на метастабилна критична точка в етапа на дълбоко охлаждане на водните молекули“.
Естествено, сега този извод трябва да бъде потвърден от други експерименти, „като се използват по-точни и скъпи изчислителни средства“.