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翻译 王千玥 在远低于冰点的极低温度下，水可以或许以液态形式存在，而且照旧两种液体的殽杂体。 9 月 18 日，这项由美国能源部太平洋西北国度尝试室完成的研究成就颁发在《科学》杂志上，提供了可贵的尝试数据来表明水在温度极低的外太空，以及大气稀缺的地球情况等极度条件下表示出的离奇特性。 直到此刻，大概到达的最极度温度下的液态水仍是诸多理论与假说争论的工具。一些科学家们急切地想知道水可不行能在 -83.15℃的极低温度下真实存在，过冷水是否只是液态水转化为固相这一进程中的“必经之路”？ “我们的研究功效表白，在极冷温度下液态水不只仅相对不变性较好，它还能以两种布局构象存在。” PNNL 的化学物理学家 Greg Kimmel 指出，恒久以来，科学家们一直对过冷水是否总在体系到达均衡前结晶这个问题争议不绝，新研究成就将他们多年的问号拉直成了叹息号——谜底是否认的！ 超等过冷水：液体双城记 你或者以为我们此刻已经很相识水了。水包围了地球上高达 71% 的面积，是这个星球上漫衍最遍及、被研究最透彻的物质之一。然而千万别被它纯真的外表骗了：尽量它每个分子仅由 2 个 H 和 1 个 O 构成，看起来十分简朴，但 H2O 其实很巨大。 好比，水因为低温而凝固的现象就很“不容易”。水很难在恰好低于熔点的温度结冰，除非有尘土或其他固体物质作为凝聚核供水分子附着，启动结冰进程。因此在纯水中，分子从液态纪律分列形成固体需要特另外扰动。神奇的是，与其他液体差异，从液相转化为固相时，它的体积会增大。然而，正是水的这个特性滋养着地球上万物的发展。假如冰块下沉、大气中的水蒸气无法储存热量，那么地球上的生命将不复存在。 水的这种奇妙性质让化学物理学家 Bruce Kay 和 Greg Kimmel 25 年来一直为它痴迷。如今，他们同博士后 Loni Kringle、Wyatt Thornley 终于取得了里程碑式的希望，拓展了人们对液体水分子行为的领略。 为表明水不寻常的性质，科学家们提出了多个模子。通过给过冷水拍“快照”生成定格动画而得到的新数据显示，它能浓缩成高密度、液体状的布局。这种高密度形式的水与一种低密度布局共存。跟着温度从 -28.15℃ 降到 -83.15℃，高密度液体的占比迅速下降，支持了过冷水“殽杂模子”的预测。 操作红外光谱仪，Kringle 和 Thornley 乐成调查到了用激光摧毁一层薄冰时水分子的定格动画。他们发明，在短短几纳秒的时间内，过冷液态水便发生了。
“一个重要的视察发明是所有布局变革都是可逆、可反复的”， Kringle 在举办了多个尝试后总结道。 霰：我是过冷水形成的！ 当天气变冷，有时会有小小的白色蓬松颗粒从天而降，这种现象被称为霰。这项研究或者还能表明为什么霰是狂风雪的前兆：霰是雪花与大气上层的过冷液态水彼此浸染形成的。
“大气层上部的液态水是高度冷却的，” PNNL 尝试室成员、水物理学专家 Kay 表明道，“当它遇到雪花时，液态水迅速冷结冰。在符合的条件下向大地飞去。这或许是许多人对过冷水效应的独一体验了。 除了表明地球上的天气现象，这些研究尚有助于领略液态水是如安在木星、土星、天王星和海王星这些严寒的星球上存在的。别的，当彗星扫留宿空时，它那瑰丽刺眼的长尾巴也是过冷水蒸汽形成的。 水分子的全能体操 在地球上，对水分子行为的深入领略可以辅佐科学家设计新药。究竟，水分子如同一位体操运带动，可以在拥挤的环境下在卵白质中机动穿梭，设法卡进卵白质的位点。 “每个卵白周围留给水分子的举动空间并不多，” Kringle 暗示，“这项研究阐发了液态水是如何应对细密会萃的情况的。” Thornley 还指出，“在此后的研究中，我们可以操作这个新要领来跟踪多种化学回响中的分子重排环境。” 固然仍有许多未知的事物值得摸索，但这些视察功效将使我们对地球生命之源有进一步领略。 |
