Созданная российскими учеными теория позволяет с помощью спектроскопии определять уровень загрязнения льда как на Земле, так и на других планетах. Работа опубликована в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

Несмотря на то, что вода в жидкой и твердой фазах очень распространена на Земле, ее свойства еще не до конца изучены. Если поместить любой диэлектрик, в том числе лед, в электромагнитное поле, то он поляризуется: электрические заряды в нем смещаются или перемещаются. После того как внешнее поле выключается, начинается диэлектрическая релаксация – постепенное уменьшение поляризации диэлектрика. По тому, как изменяется электрическая поляризация льда в зависимости от его температуры, можно судить о том, есть ли в нем те или иные примеси, а значит, таким образом можно определять не только чистоту льда, но и качество воды.

Спектроскопия успешно применяется для исследования физико-химических свойств различных материалов и веществ, однако для того, чтобы изучать свойства льда, этот метод ранее не использовали. В новой работе ученые Казанского федерального университета усовершенствовали феноменологическую модель диэлектрической релаксации льда, которая позволила объяснить неаррениусовское поведение диэлектрической релаксации при температурах ниже 240 К. Используя эту модель, физики создали теорию диэлектрической релаксации льда в широком диапазоне температур. Они установили, что на релаксацию льда влияют способы его приготовления и чистота образцов.

«Разработанная мной теория электрической поляризации воды в ее различных фазах необходима, чтобы интерпретировать информацию, получаемую из экспериментальных диэлектрических спектров, — рассказывает автор работы, сотрудник КФУ Айрат Хамзин. — Экспериментальные данные о комплексной диэлектрической проницаемости в широком частотном диапазоне позволяют, например, создавать и тестировать спектроскопические модели почв и горных пород, изучать релаксационные процессы в них. Так, при дистанционном исследовании почв радиоволновыми методами необходимо знать их диэлектрические свойства. А они у разных типов почв отличаются, что определяется в первую очередь различным содержанием связанной воды и ее особенностями».