Возможные следы льда XI в атмосферных частицах и их обнаружение при радиометрических измерениях

В работах (Бордонский, Орлов, 2017; Бордонский, 2024) рассматривались вопросы поисков сегнетоэлектрических льдов низких давлений – льда XI и льда 0. Их существование представляет особый интерес для дистанционного зондирования, так как они находятся в сегнетоэлектрическом состоянии. Это состояние при контакте данных льдов с диэлектриками приводит к образованию нанослоя с повышенной электропроводностью и возникновению плазмонных эффектов. В случае плазмонного резонанса возникает сильное рассеяние и поглощение электромагнитного излучения в широком диапазоне частот, ниже плазмонной частоты свободных носителей заряда. Высказана гипотеза, что свечение серебристых мезосферных облаков определяется данным механизмом, при конденсации льда 0 на диэлектрических частицах, что было подтверждено при микроволновых радиометрических измерениях в сантиметровом и миллиметровом диапазонах (Бордонский и др., 2024).
В настоящей работе сообщается о возможных следах льда XI, наблюдаемых в ряде экспериментов. Известно, что при нормальном атмосферном давлении этот лед может существовать вблизи температуры –220 °С. Ранее было показано, что домены льда XI сохраняются при нагревании образцов до –120 °С. Поэтому предполагается, что лед XI может быть получен вблизи азотных температур (–196 °С) при охлаждении поровой воды или при конденсации паров воды на холодные подложки из диэлектрика.
Для регистрации появления льда XI проведены измерения экстинкции лазерного излучения видимого диапазона при просвечивании диэлектрических пластин, охлажденных до низких температур холодными парами азота. Также использовали метод измерения низкочастотных шумов (шумов Баркгаузена), связанных с движением доменных стенок сегнетоэлектриков. Эти шумы появляются при возникновении доменной электрической структуры, так и из-за флексоэлектрического эффекта в сегнетоэлектрике при изменении температуры образца, вследствие неоднородной деформации среды.
В выполненных экспериментах по измерению экстинкции лазерного излучения при осаждении паров воды на подложке из слюды, кварца, хлорида натрия обнаружено уменьшение проходящей мощности излучения, достигающего нескольких десятков процентов в интервале температур около 50 °С, с экстремумом от –140 °С до –90 °С.
При измерениях электрических шумов ячейки с увлажненным сорбентом SBA-15 в полосе частот 1…70 Гц обнаружено резкое возрастание амплитуды шума около 10…15 % в узком интервале температуры (порядка одного градуса) вблизи –100 °С.
Эксперименты подтвердили предположение о появлении следов образования льда XI при конденсации паров воды на холодные подложки. Лед XI может появляться в мезосфере, где обнаруживаются ледяные частицы и где температура может понижаться до –140 °С в летний период времени. Возможно, что этот лед также проявляет себя в серебристых облаках. Для решения вопроса следует определить значение давления насыщенных паров данного льда. Кроме того, возможен сценарий со сложными превращениями льда из-за образования льда Isd, льда с нарушением укладки, и перехода льда XI в лед 0 при росте температуры. Эти процессы можно эффективно исследовать при многочастотных радиометрических наземных и спутниковых измерениях.