Европейские физики прояснили причины постоянной влажности полевого шпата. Структура кристаллов микроклина, минерала из группы полевых шпатов, создает гидроксильную поверхность, которая легко вступает в соединение с атмосферной влагой. Вода, первоначально покрывающая минерал, высвобождается из внутренних полостей.
Полевой шпат — самый распространенный минерал на Земле. Входит в состав половины земной коры и образует другие породы. При выветривании превращается в глину и почву, поглощает углекислый газ из атмосферы и обеспечивает растения питательными веществами. Встречается в воздухе в виде пыли и участвует в образовании атмосферного льда — снега и града. Nobody понимал, почему полевой шпат легко связывается с водой и его поверхность всегда влажная.
Ответ на этот вопрос нашли две группы физиков из Австрии, Германии и Финляндии. Исследователи изучили атомную структуру минерала и выяснили, что чередование ионов алюминия и кремния образует постоянно гидроксильную поверхность, с которой атмосферная влага легко соединяется. 1, 2) об этом вышли в журналах Journal of Physical Chemistry Letters и Nanoscale.
В ходе экспериментов с микроклином, силикатным минералом группы полевых шпатов (KAlSi3O8), исследователи поместили образец в сверхвакуумную камеру и разбили его по естественной плоскости спайности, создав две сухие поверхности. В результате разлома наблюдался всплеск давления воды. Физики предполагают, что вода могла быть заключена в глинистых включениях внутри минерала или же в флюидных полостях микро- и наноразмерных размеров.
Авторы полагают, что именно эта вода способна гидроксилировать поверхность минерала. Это связано с тем, что кристаллическая структура полевого шпата является триклинной и центросимметричной. Её трёхмерный каркас состоит из тетраэдров диоксида кремния и оксида алюминия, соединенных вершинами, а в крупные полости включен калий. Влажность из полостей прикрепляется именно к этим вершинам, делая поверхность шпата гидроксильной сама по себе.
С помощью теории функционала плотности физики рассчитали энергию адсорбции воды. Выяснилось, что любые доступные молекулы H2O с вероятностью 100% прикрепятся к микроклину. Поэтому атмосферная влага легко соединяется с поверхностью минерала.
Масс-спектрометрические измерения показали достаточное количество высвобожденной воды для полного гидроксилирования поверхности. Поверхность шпата не становится сухой, так как минерал сразу же гидроксилируется. Результаты исследования могут помочь ученым понять, каким образом частицы полевого шпата образуют атмосферный лед.