Вода под давлением: почему она течёт быстрее экспресс
Вода в глубоких недрах Земли сжата сильнее, чем в тысячу раз по сравнению с поверхностью. Даже там она продолжает течь, но её внутреннее устройство меняется. Исследователи измерили, как именно вода сопротивляется течению и сжатию, когда давление растёт от нуля до 1,6 гигапаскаля — это как если бы на каждый квадратный сантиметр поставили груз массой 16 тонн.
Оказалось, что сопротивление течению растёт быстрее, чем сопротивление сжатию. Их соотношение уменьшается вдвое. При этом, в отличие от большинства жидкостей, вода под давлением сначала перестраивается быстрее: молекулы успевают поменять соседей за время около пикосекунды (миллионной доли миллионной доли секунды) при давлении около 0,5 гигапаскаля. Дальше перестройка снова замедляется.
Такое поведение объясняют тем, что водородные связи между молекулами воды постоянно рвутся и образуются заново. Время, за которое молекула находит новое положение, — это и есть время перестройки. Оно минимально как раз при давлении 0,5 ГПа. Это значит, что при таком сжатии вода быстрее всего меняет свою локальную структуру, переходя от одного расположения молекул к другому. Эта особенность порождает целый каскад необычных свойств воды — от теплопроводности до сжимаемости.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.17793
Deep in the Earth's crust, pressure exceeds one thousand times the atmospheric pressure. Water still flows under these conditions, but experiences dramatic changes in structure and fluidity. Using combined dynamic and inelastic light scattering techniques, we simultaneously measure the shear and bulk viscosities of water as a function of pressure. The former increases faster than the latter, so that their ratio shows a two-fold decrease from 0 to 1.6 GPa; we confirm this trend with simulations. We analyze our results in terms of the structural relaxation time $$\tau$$. Contrary to other liquids, pressure initially accelerates relaxation in water. Our measurements reveal that $$\tau$$ reaches a minimum close to 1 ps around 0.5 GPa. We interpret $$\tau$$ as a the equilibration time of hydrogen bonds, and propose that the minimum in $$\tau$$ arises from a structural anomaly which allows fastest interconversion between local structures in water, and generates a cascade of thermodynamic and dynamic anomalies.
Давление 1,6 ГПа соответствует глубине около 50 километров под землёй — это уже верхняя мантия Земли. Вода там существует в микроскопических полостях внутри минералов и влияет на их пластичность.