Термодинамичният капан на домашната фризерна камера
Обикновеният лед, който изваждате в петък вечер, е известен в кристалографията просто като Лед Ih (хексагонален). Това е термодинамична аномалия, продукт на ниското атмосфено налягане на морското равнище. Поради специфичния ъгъл на водородните връзки, тази решетка е с ниска плътност и оставя кухини, правещи леда по-лек от течната вода. Природата обаче няма абсолютно никакво задължение да поддържа тази рохкава структура, когато върху нея се стовари тежестта на гигапаскали.
В момента, в който натискът надвиши няколко хиляди атмосфери, познатият ни лед се срутва навътре. Кристалографите са документирали над 20 фази на твърдата вода — от Лед II до Лед XIX. Всеки от тези полиморфи притежава различна плътност, различна пространствена група на симетрия и коренно различни физически свойства. При налягания, съпоставими с дълбините на планетарните ядра, молекулите биват принудени да се сгъстят в структури, които звучат абсурдно за класическата химия.
Аморфно стъкло и преохладени илюзии
Когато течната вода се охлади толкова бързо, че молекулите ѝ нямат нито една микросекунда за физическо пренареждане, кристалографската решетка просто не се образува. Резултатът не е лед в традиционния смисъл, а аморфна твърда маса — физически аналог на прозоречното стъкло. Този аморфен лед (с ниска или висока плътност) представлява може би най-разпространената форма на H2O в открития Космос, по повърхността на комети и междузвездни прахови зърна, въпреки че на Земята изисква специализирана криогенна вакуумна техника.
От другата страна на спектъра стои преохладената вода — течност, намираща се под 0°C, която отказва да втвърди структурата си поради липсата на кристализационни ядра. Експериментите на изследователски екипи в Станфордския синхротронен източник на радиация (SSRL) и Принстънския университет показват, че при екстремно преохлаждане до около -40°C водата навлиза в така наречената "ничива земя". Хипотезата за преход течност-течност предполага, че тук съществуват две различни плътности на самата течна вода, състезаващи се за термодинамично надмощие преди мигновената кристализация.
