Кроме трех перечисленных (жидкое, твердое, газообразное), открыто новое состояние воды, в котором она не замерзает даже при температуре, близкой к абсолютному нулю, а также обладает иными необычными свойствами. 

Группа американских ученых из Аргоннской национальной лаборатории под руководством Александра Колесникова открыла новое состояние воды, получившее название «нанотрубочная вода» (nanotube water). Несмотря на то что в новом состоянии молекула воды также состоит из атома кислорода и двух атомов водорода, она не замерзает даже при температуре 8 градусов Кельвина.

Поведение воды в сверхмалых объемах, стенки которых не смачиваются водой, очень интересует специалистов в различных областях – от геологов до разработчиков новых материалов. Американские ученые решили исследовать свойства воды, помещенной в «сосуд» из углеродной нанотрубки. «Я с удивлением узнал, - рассказал г-н Колесников, - что никто до сих пор не пытался исследовать поведение воды в нанотрубках. Имеется большое количество расчетов, однако они усложняются еще и тем фактом, что вода крайне сложна для моделирования – в отличие от экспериментального исследования».

«Несмотря на то что моделирование свойств воды ведется уже не один десяток лет, - подчеркивает Кристиан Дж. Барнхэм (Christian J. Burnham) из Хьюстонского университета, - мы лишь сейчас начинаем осознавать важность корректного описания движения ядер водорода на квантовом уровне. Мы продолжаем работать над созданием более точного математического описания пространственного заряда, окружающего каждую молекулу воды».

Для изучения поведения воды в таких «экстремальных» условиях ученые наполнили водой углеродные нанотрубки размером 1,4 нм в поперечнике и длиной 10 тыс. нм. Для этого они подвергали их воздействию водяного пара на протяжении нескольких часов, после чего изучили структуру атомов внутри нанотрубок с помощью потока нейтронов. «В столь тесном одноразмерном сосуде мы ожидали увидеть что-то необычное, но не настолько, - сказал г-н Колесников. - Обнаружилось нечто поистине странное».

Оказалось, что вода в нанотрубках находится в новом состоянии, не похожем ни на жидкое, ни на газообразное агрегатные состояния. Выяснилось, в частности, что среднее количество водородных связей, связывающих молекулу воды с соседними (так называемое координатное число) сократилось с 3,8 до 1,86. Вследствие этого повысилась подвижность молекул. «Новая вода» не замерзала даже при температуре, всего на восемь градусов отличающейся от абсолютного нуля.

Ученые продолжают оказавшиеся столь плодотворными исследования. На очереди разработка более корректной математической модели воды с использованием методов параллельных вычислений, изучение свойств воды в нанотрубках меньшего диаметра – например, сравнимого с размером протеинов клеточной мембраны, а также изучение термодинамических свойств "нанотрубочной воды".

Капельный кластер.

Спустя три года, российские учёные из Тюмени заявили:
«Новое состояние воды - «капельный кластер» - открыли тюменские ученые».
Об этом на встрече с журналистами сообщил академик РАН, директор института криосферы Земли Владимир Мельников.

«Во всех теориях всегда рассматривалось три состояния воды - твердое, жидкое и газообразное. И вдруг появляется еще одна новая макроструктура - капельный кластер, то есть новая прослойка с определенными физическими свойствами. Многие специалисты поражены, потому что это открытие лежало на поверхности много лет назад и подобные рассуждения уже были. Представляете, сколько еще таких явлений ждут своего исследования?» - сказал он.

Впервые эта структура была случайно обнаружена в Тюменском госуниверситете ученым, специалистом кафедры микро- и нанотехнологий Александром Федорцом. Именно он дал ей название - капельный кластер.

Ученые института криосферы Земли заинтересовались находкой, собрали простую установку из микроскопа, видеокамеры, зеленой подсветки и ингалятора и приступили к тщательному изучение геометрических и электрических свойств кластера. Доктор физико-математических наук, ученый института криосферы Земли Анатолий Шавлов вместе со старшим инженером Игорем Соколовым измерили вязкость структуры и показали, что при умеренной и низкой турбулентности среды кластеры обладают большей вязкостью, чем вязкость воздуха.

Они также провели лабораторное исследование водяного тумана с использованием 3D-видео и фотосъемки при разных температурах, посчитали количество капель на участках, измерили расстояние между ними и обнаружили, что капли стремятся расположиться на определенном расстоянии друг от друга. При внимательном рассмотрении выяснилось, что носителями структуры являются капельные цепочки, которые в тумане между собой не связаны.

«Длина их разная - от двух капель до десятка, но если уменьшать турбулентность тумана, то длина капельных цепочек возрастает и они могут образовывать пространственные структуры кристаллического типа», - сказал Анатолий Шавлов.

Ученый института добавил, что их исследования начались недавно и находятся в самом разгаре, но уже сейчас ясно, что капельная структура образуется не только в пограничных слоях - аэрозолях, но также в туманах и облаках.
«И она может заметно влиять на механические свойства этих сред и контролировать процесс передачи тепла и массы, тем самым оказывать влияние на погоду», - подытожил Анатолий Шавлов.