零下八十攝氏度，水以液態(tài)形式存在 有助解釋極端環(huán)境下水的異常特性
科技日報北京9月21日電 （記者劉霞）美國能源部太平洋西北國家實驗室（PNNL）的研究人員在最新一期《科學》雜志撰文指出，他們首次對超冷水進行測量后發(fā)現(xiàn)，在零下80攝氏度的極低溫度下，水以液態(tài)形式存在，且由兩種液體混合而成。最新研究增加了我們對水的深層了解，也可以幫助科學家解釋液態(tài)水為何能在木星、土星等冰凍星球上存在。
研究人員指出，有關(guān)處于最極端溫度之下液態(tài)水的行為，科學家迄今已提出了諸多假設(shè)。比如，有科學家想知道，在零下83.15攝氏度的極低溫度下，水是否能以液體形式存在。厘清這些問題非常重要，因為水覆蓋地球71％的面積，深入了解水對于我們洞悉其如何調(diào)節(jié)環(huán)境、我們的身體乃至生命本身都至關(guān)重要。
PNNL化學物理學家格雷格·金梅爾說：“我們的研究證明，在極冷溫度下，液態(tài)水不僅相對穩(wěn)定，而且由兩種結(jié)構(gòu)混合而成?！?tr>
25年來，金梅爾和同事布魯斯·凱一直在研究水的古怪行為。他們提出了各種模型來解釋水的異常特性。在最新研究中，他們使用紅外光譜技術(shù)，成功觀察到了用激光摧毀一層薄冰時水分子的定格運動，制造出了持續(xù)時間僅幾納秒的超冷液態(tài)水。
他們使用超冷水的定格“快照”獲得的新數(shù)據(jù)表明，超冷水可以凝結(jié)成致密的類似液體的結(jié)構(gòu)。這種較高密度的結(jié)構(gòu)與較低密度的結(jié)構(gòu)共存。隨著溫度從零下28.15攝氏度降至零下83.15攝氏度，高密度液體的比例迅速下降，表明零下83.15攝氏度的水由兩種結(jié)構(gòu)混合而成。
金梅爾表示，這項研究可能有助于解釋霰是如何形成的。在冷天暴風雪發(fā)生前，有時會有小小的白色蓬松顆粒從天而降，這種現(xiàn)象被稱為霰。他們的研究表明，霰由雪花與大氣上層的超冷液態(tài)水相互作用形成。
這些研究還可能有助于了解液態(tài)水如何在太陽系內(nèi)的冰凍星球——木星、土星、天王星和海王星上存在；此外，超冷的水蒸氣還形成了彗星身后引人注目的彗尾。
研究人員稱，新研究可以揭示液態(tài)水在密閉環(huán)境中的行為，未來他們也可以借助這項研究中用到的技術(shù)，追蹤各種化學反應背后分子如何重新排列。
總編輯圈點
水，似乎一眼就能被看穿，但深究起來就會發(fā)現(xiàn)，它可真不簡單。一個H兩個O，這么平淡無奇的構(gòu)成也能玩出各種花樣。它神秘，又奇特。比如，純水很難在剛好低于冰點的溫度結(jié)冰，而且在液相轉(zhuǎn)化為固相時，水的體積不是縮小，而是增大。人們一直很想知道，低溫狀態(tài)下的水分子究竟如何行動。新研究顯示，超低溫下的水由兩種完全不同的結(jié)構(gòu)混合而成。水太重要，它被認為是生命的起源。那么，在寒冷星球上，是不是也有以千奇百怪方式存在的液態(tài)水呢？