水在攝氏4度時密度最大之謎
300多年前，人類就已知道水在攝氏4度時密度最大這一現(xiàn)象 。雖然這一現(xiàn)象僅僅是由于水的分子結構造成的，但對于水的這種特性，人們至今仍不能作出科學的解釋 。
日本物質(zhì)材料研究機構物質(zhì)研究所研究員三島修和鈴木芳治通過實驗證實，在低溫條件下兩種非晶態(tài)冰之間存在不連續(xù)性轉移 。在低溫情況下，低密度水和高密度水呈完全不同的形態(tài) 。這項研究不僅首次解釋了水在攝氏4度時密度最大的現(xiàn)象，而且在生態(tài)系統(tǒng)、水溶液系統(tǒng)等與水有關的領域有廣泛的研究與應用價值 。該成果發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上 。
多年來，科學家通過理論計算與實驗，一直在進行水的非晶態(tài)多樣性研究 。水通常在攝氏零度時結冰 。但水在攝氏零度以下時也可保持液體狀態(tài)，稱作過冷卻水 。當過冷卻水到達臨界點以下時就會分離出兩種狀態(tài)，既低密度水和高密度水 。與此相對應，也存在低密度和高密度兩種非晶態(tài)冰 。由于水在低溫時易于結冰，也由于沒有非晶態(tài)冰之間互相轉移的現(xiàn)存理論，水的非晶態(tài)多樣性學說存在很多爭論 。其中之一就是兩種密度的非晶態(tài)水是否會發(fā)生連續(xù)轉移 。
日本科學家的這項研究，觀察了高密度非晶態(tài)冰（HDA）向低密度非晶態(tài)冰（ LDA）變化的過程 。發(fā)現(xiàn) H DA在零下158攝氏度以下時整體均一膨脹，在零下158攝氏度時隨著不均一的體積變化迅速向 L DA轉移 。在轉移過程中，出現(xiàn)兩種成分共存狀態(tài)，隨著時間推移，H DA和LDA逐漸分離 。研究證實，低溫下兩種水之間的轉移是不連續(xù)的 。
科學家認為，這項研究成果是揭開水領域各種問題的重大突破，將對今后過冷卻水等研究產(chǎn)生重大影響，同時將帶動對同溫層中的云的研究及在冰點下活動的動植物細胞內(nèi)存在的過冷卻水的研究 。如果今后能夠控制這兩種水的臨界點，就可以自由控制水的結晶，對人類控制地球環(huán)境和開發(fā)生物冷卻保存技術極有價值 。

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