Пузырьки в ловушке льда экспресс
В стакане с газировкой пузырьки весело поднимаются вверх. Но если воду заморозить, часть пузырьков окажется в плену у льда. Как они туда попадают? Ведь лёд растёт, оттесняя газ, — но не всегда успевает.
Учёные взяли газированную воду (воду с растворённым углекислым газом) и замораживали её с разной скоростью: от 1 до 20 микрометров в секунду. Это как если бы фронт льда полз вперёд со скоростью от толщины человеческого волоса за минуту до толщины волоса за три секунды. При этом температуру меняли плавно, с постоянным перепадом — 15 градусов на миллиметр.
Под микроскопом с флуоресцентной подсветкой было видно, как перед наступающим льдом газ скапливается в крошечные пузырьки. Оказалось, у каждого пузырька есть своё «время на раздумье»: сколько секунд нужно газу, чтобы собраться в пузырёк. Если лёд ползёт медленно, пузырьки успевают вырасти и уплыть. Если быстро — лёд настигает их и замуровывает.
Это не просто забава с газировкой. В металлургии пузырьки газа внутри отливки — дефект, который ослабляет деталь. А во льду пузырьки, наоборот, хранят древний воздух — по ним учёные узнают, каким был климат тысячи лет назад. Теперь можно точнее предсказать, где и сколько пузырьков возникнет при застывании.
В газированной воде углекислого газа растворено примерно в 3–4 раза больше, чем в обычной воде из-под крана. При замерзании этот газ вытесняется льдом и собирается в пузырьки — тот самый эффект, который делает лёд из газировки мутным.
В романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки» есть лёд-девять — вымышленная форма льда, которая замораживает всё вокруг. Наш эксперимент с пузырьками в замерзающей воде — шаг к пониманию, как управлять структурой льда и других материалов.