Лёд 0 в природной среде

Георгий Степанович Бордонский; Сергей Дмитриевич Крылов

Лёд 0 в природной среде

Георгий Степанович Бордонский, Сергей Дмитриевич Крылов

Аннотация

Выполнены исследования недавно открытой кристаллической модификации льда – лёд 0, в различных структурных образованиях криосферы. Представлены результаты экспериментов и выдвинуты предположения, где такой лёд может существовать. Установлено, что лёд 0, будучи сегнетоэлектриком, проявляется в электромагнитных свойствах мелкодисперсных сред при температурах ниже –23 °C, при которых он образуется из глубоко переохлаждённой воды. Данная особенность позволяет выполнять бесконтактные и дистанционные измерения его свойств для объектов, находящихся при температурах –23…–120 °C. Предполагается участие льда 0 в особых химических превращениях в разнообразных структурах криосферы – в атмосфере, растительных, почвенных и других земных покровах. Лёд 0 должен быть распространён также на холодных планетах и их спутниках. Его образование в порах конструкционных материалов может влиять на долговечность механизмов и конструкций в условиях низких температур.

Ключ. слова

дистанционное зондирование, криохимические реакции, лёд 0, переохлаждённая вода, сегнетоэлектричество, электромагнитные свойства,

Об авторах

Георгий Степанович Бордонский

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
лаборатория геофизики криогенеза, гл.н.с., SPIN-код: 2027-0523.

Сергей Дмитриевич Крылов

Список литературы

1. Russo J., Romano F., Tanaka Y. New metastable form office and its role in the homogeneous crystallization of water // Nature Materials. 2014. V. 13. № 7. P. 733-739.

2. Quigley D., Alfe D., Slater B. On the stability of ice 0, ice I, and Ih // Journal of Chemical Physics. 2014. V. 141. P. 161102.

3. Slater B., Quigley D. Zeroing in on ice // Nature Materials. 2014. V. 13. № 7. P. 670-671.

4. Mishima O., Stanley H.E. The relationship between liquid, supercooled and glassy water // Nature. 1998. V. 396. № 6709. P. 329-335.

5. Sellberg J.A., Huang C., McQueen T.A., Loh N.D., Laksmono H., Schlesinger D., Sierra R.G., Nordlund D., Hampton C.Y., Starodub D., DePonte D.P., Beye M., Chen C., Martin A.V., Barty A., Wikfeldt K.T., Weiss T.M., Caronna C., Feldkamp J., Skinner L.B., Seibert M.M., Messerschmidt M., Williams G.J., Boutet S., Pettersson L.G.M., Bogan M.J., Nilsson A. Ultrafast X-ray probing of water structure below the homogeneous ice nucleation temperature // Nature. 2014. V. 510. P. 381-384.

6. Goy C., Potenza M.A.C., Dedera S., Tonut M., Guillerm E., Kalinin A., Voss K.-O., Schottelius A., Petridis N., Prosvetov A., Tejeda G., Fernández J.M., Trautmann C., Caupin F., Glasmacher U., Grisenti R.E. Shrinking of rapidly evaporating water microdroplets reveals their extreme supercooling // Physical Review Letters. 2018. V. 120. P. 015501.

7. Бордонский Г.С., Орлов А.О. Поиски сегнетоэлектрических льдов в пористых средах в земных условиях // Криосфера Земли. 2017. Т. 21. № 6. С. 45-54.

8. Бордонский Г.С., Орлов А.О. Признаки возникновения льда «0» в увлажнённых нанопористых средах при электромагнитных измерениях // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2017. Т. 105. № 8. С. 483-488.

9. Limmer D.T., Chandler D. Phase diagram of supercooled water confined to hydrophilic nanopores // Journal of Chemical Physics. 2012. V. 137. P. 044509.

10. Cerveny S., Mallamace F., Swenson J., Vogel M., Xu L. Confined water as model of supercooled water // Chemical Reviews. 2016. V. 116. № 13. P. 7608-7625.

11. Меньшиков Л.И., Меньшиков П.Л., Федичев П.О. Феноменологическая модель гидрофобных и гидрофильных взаимодействий // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2017. Т. 152. № 6(12). С. 1374-1392.

12. Castrillon S.R.-V., Giovambattista N., Arsay I.A., Debenedetti P.G. Evolution from surface-influenced to bulk-like dynamics in nanospirally confined water // Journal of Physical Chemistry B. 2009. V. 113. P. 7973-7976.

13. Korobeynikov S.M., Melekhov A.V., Soloveitchik Yu.G., Royak M.E., Agoris D.P., Pyrgioti E. Surface conductivity at the interface between ceramics and transformer oil // Journal of Physics D: Applied Physics. 2005. V. 38. № 6. P. 915-921.

14. Бордонский Г.С., Гурулев А.А., Орлов А.О., Цыренжапов С.В. Вариации микроволновых потерь в ветках сосны при отрицательных температурах // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 5. С. 120-129.

15. Колосовская Е.А., Лоскутов С.Р., Чудинов Б.С. Физические основы взаимодействия древесины с водой. Новосибирск: Наука. Сиб. Отделение, 1986. 216 с.

16. Атлас облаков / Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. ГГО им. А.И. Воейкова. Беспалов А.М. и др. / ред. Л.К. Сурыгина. С.-П.: Д´АРТ, 2011. 248 с.

17. Ролдугин В.К., Черняков С.М., Ролдугин А.В., Оглоблина О.Ф. Вариации полярных летних мезосферных отражений во время появления неоднородностей серебристых облаков // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. № 3. С. 343-349.

18. Roldugin V.C., Tereschenko V.D., Vasilijev Ye.B., Kirkwood S. Observations by partial reflection radar during nortilucent cloud appearance // Physics of Autoral Phenomena. Proc. XXIII Annual Seminar. Apality. 2000. P. 86-89.

19. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.

20. Алексеев П.В., Викторов А.С., Волков А.М., Гончаров А.К., Гордон З.И., Данекин А.И., Кочеров С.А., Некрасов В.В., Пахомов Л.А., Прохоров Ю.П., Феоктистов А.А., Хапин Ю.Б. Микроволновый сканирующий радиометр интегрального влажностного зондирования атмосферы (МИВЗА) // Исследование Земли из космоса. 2003. № 5. С. 68-77.

21. Электронный ресурс: Russell III J.M. Observations of Polar Mesospheric Clouds from Space and Their Scientific Implications. 2010. https://www.agci.org/lib/10s1/observations-polar-mesospheric-clouds-space-and-their-scientific-implications#.

22. Farman J.C., Gardiner B.G., Shanklin J.D. Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction // Nature. 1985. V. 315. P. 207-210.

23. Dubowski Y., Vieceli J., Tobias D.J., Gomez A., Lin A., Nizkorodov S.A., McIntire T.M., Finlayson-Pitts B.J. Interaction of Gas-Phase Ozone at 296 K with Unsaturated Self-Assembled Monolayers: A New Look at an Old System // Journal of Physical Chemistry A. 2004. V. 108. P. 10473-10485.

24. Гальперин С.М., Кашлева Л.В., Михайловский Ю.П., Степаненко В.Д. Электризация конвективных облаков в естественном цикле развития и при воздействиях (самолётные исследования). // Вопросы атмосферного электричества. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 280 с.

25. Waitukaitis S.R., Lee V., Pierson J.M., Forman S.L., Jaeger H.M. Size-Dependent Same-Material Tribocharging in Insulating Grains // Physical Review Letters. 2014. V. 112. № 21. P. 218001.

26. Mishima O. Volume of supercooled water under pressure and the liquid-liquid critical point // Journal of Chemical Physics. 2010. V. 133. P. 144503.

27. Biddle J.W., Holten V, Anisimov M.A. Behavior of supercooled aqueous solutions stemming from hidden liquid–liquid transition in water // The Journal of Chemical Physics. 2014. V. 141. P. 074504.

28. Franzese G., Stanley H.E. The Widom line of supercooled water // Journal of Physics: Condensed Matter. 2007. V. 19. P. 205126.

29. Бордонский Г.С., Гурулев А.А., Крылов С.Д., Цыренжапов С.В. Использование микроволновой спектроскопии для изучения состояния переохлаждённой воды // Конденсированные среды и межфазные границы. 2019. Т. 21. № 1. С. 16-23.

30. Вода и водные растворы при температурах ниже 0°C / ред. Ф. Франкс. Киев: Наукова думка, 1985. 387 с.

31. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мёрзлых пород и льдов. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2005. 607 с.

32. Goesmann F., Rosenbauer H., Bredehöft J.H., Cabane M., Ehrenfreund P., Gautier T., Giri C., Krüger H., Le Roy L., MacDermott A.J., McKenna-Lawlor S., Meierhenrich U.J., Muñoz Caro G.M., Raulin F., Roll R., Steele A., Steininger H., Sternberg R., Szopa C., Thiemann W., Ulamec S. Organic compounds on comet 67P/Churyumov-Gerasimenko revealed by COSAC mass spectrometry // Science. 2015. V. 349. № 6247. P. aab0689.

33. Palmer M.Y., Cordiner M.A., Nixon C.A., Charnley S.B., Teanby N.A., Kisiel Z., Irwin P.G.J., Mumma M.J. ALMA detection and astrobiological potential of vinyl cyanide on Titan // Science Advances. 2017. V. 3. № 7. P. e1700022.

34. Яковлева С.П., Махарова С.Н. Влияние дефектов внутренней металлической оболочки на фрагментационные разрушения композитных газотопливных баллонов в природно-климатических условиях Якутии // Труды VIII Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: Том 1. Якутск: Цумори Пресс, 2018. C. 180-188.

35. Иванов А.Р., Большев К.Н., Старостин Е.Г. Автоматизированная система мониторинга технического состояния резервуаров // Труды VIII Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: Том 1. Якутск: Цумори Пресс, 2018. C. 126-135.

36. Шавлов А.В., Писарев А.Д., Рябцева А.А. Коррозия плёнок металлов во льду. Динамика электропроводности плёнок // Журнал физической химии. 2007. Т. 81. № 7. С. 1180-1185.

37. Николаев В.И., Перцев Н.А., Смирнов Б.И. Электризация сегнетоэлектрических монокристаллов NaNO2 при пластической деформации // Физика твёрдого тела. 1988. Т. 30. № 10. С. 2996-3001.

Дополнительные файлы

	1. Рис. 1а. к статье «Лёд 0 в природной среде»
	Тема
	Тип	Результаты исследования
	Посмотреть (212KB)	Метаданные

	2. Рис. 1б. к статье «Лёд 0 в природной среде»
	Тема
	Тип	Результаты исследования
	Посмотреть (208KB)	Метаданные

	3. Рис. 2. к статье «Лёд 0 в природной среде»
	Тема
	Тип	Результаты исследования
	Посмотреть (236KB)	Метаданные

	4. Рис. 3. к статье «Лёд 0 в природной среде»
	Тема
	Тип	Результаты исследования
	Посмотреть (186KB)	Метаданные

	5. Рис. 4. к статье «Лёд 0 в природной среде»
	Тема
	Тип	Результаты исследования
	Посмотреть (381KB)	Метаданные

Для цитирования: Бордонский Г.С., Крылов С.Д. Лёд 0 в природной среде. Лёд и Снег. 2020;60(2).

For citation: ., . . Ice and Snow. 2020;60(2).

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ISSN 2076-6734 (Print)
ISSN 2412-3765 (Online)

Логин
Пароль