Зашто је важно откриће новог облика воде – у праху

Истраживачи у Великој Британији, на универзитетима UCL и Кембриџ, открили су нову врсту леда која би могла да промени наше научно схватање воде.

Професор Кристоф Салцмен (UCL), један од аутора студије, каже: „Вода је основа свега живог. Наше постојање зависи од воде, идемо у свемир у потрази за њом, али са научне тачке гледишта мало тога знамо о води.“

Наиме, вода има много аномалија које су дуго збуњивале научнике. На пример, вода је најгушћа на четири степена Целзијуса и постаје мање густа како се смрзава, због чега лед плута. Такође, што више вршите притисак на течну воду, тим ју је лакше компримирати – што одступа од принципа који важе за већину других супстанци.

Какав је то нови лед?

Новооткривени лед је аморфан, то јест, његови молекули нису правилно уређени као у обичном, кристалном леду.

Аморфни лед је на Земљи реткост и јавља се само у хладним горњим слојевима атмосфере – али је зато главна врста леда у свемиру, јер тамо нема довољно топлотне енергије за формирање нама познатих кристала леда.

Аморфни лед је први пут откривен у облику мале густине 1930-их када су научници кондензовали водену пару на металној површини охлађеној на -110 степени Целзијуса. Његово стање високе густине откривено је 1980-их када је обичан лед био компримован на скоро -200 степени Целзијуса. 

Ово што су научници сада открили је аморфни лед средње густине, који изгледа као фини бели прах, и који је, за разлику од свих других познатих облика, имао исту густину као течна вода и чије је стање личило на воду у чврстом облику.

Нови лед су назвали – аморфним ледом средње густине, МДА (medium-density amorphous ice).

„Тресли смо лед као луди“

За студију, објављену у часопису Science, односно експеримент, истраживачки тим је користио познати процес који се зове млевење куглицама – у посуди охлађеној на -200 степени Целзијуса, обичан лед су снажно тресли заједно са челичним куглицама.

Главни аутор др Александер Росу-Финсен о томе каже: „Тресли смо лед као луди и уништили му кристалну структуру. Уместо да на крају добијемо мање комадиће леда, схватили смо да смо добили потпуно нову врсту ствари, са неким изванредним својствима.“

Аморфни лед је најчећи облик воде у универзуму

Научници полазе од тога би да МДА могао да постоји унутар ледених месеца спољашњег Сунчевог система, пошто плимне силе из гасних гиганата као што су Јупитер и Сатурн, на обични лед могу да делују као млевење челичним куглицама у лабораторији.

Поред тога, тим је открио да, када се МДА загреје и рекристалише, ослобађа изузетну количину топлоте, што значи да може да изазове тектонска кретања и „ледотресе“ у километрима дебелом покривачу леда на месецу као што је Јупитеров Ганимед.

Проф. Ангелос Михаелидес, главни аутор са Кембриџа, каже: „За аморфни лед се генерално каже да је најзаступљенији облик воде у универзуму. Сада тек треба истражити колико тог леда је МДА и колико је он геофизички активан.“

Прецизна реплика течне воде у чврстом облику?

Истраживачи кажу да овај новооткривени лед може бити право стакласто стање воде, то јест, прецизна реплика течне воде у чврстом облику, на исти начин на који је стакло у прозорима чврсти облик течног силицијум-диоксида. Међутим, други сценарио је да МДА уопште није стакласт, већ да је у јако сведеном у кристалном стању.

Коаутор студије професор Андреа Села (UCL): „Показали смо да је могуће створити оно што изгледа као крени-стани врста воде. Ово је неочекивано и прилично невероватно откриће.“

Др Мајкл Дејвис, који је у студији радио компујтерске симулиције и моделе, каже: „Наше откриће поставља многа питања о природи течне воде тако да је веома важно разумевање прецизне атомске структуре МДА.“

Зашто је густина толико важна?

„Познајемо 20 кристалних облика леда, али су раније откривене само две главне врсте аморфног леда, познате као аморфни лед високе и ниске густине. Између њих постоји огроман јаз и полазило се од тога да ту између нема другачијег леда. Наша студија показује да је МДА управо унутар овог јаза у густини“, каже професор Салцмен.

Јаз у густини између познатих аморфних врста леда навео је научнике да сматрају да на веома ниским температурама вода у ствари постоји као две течности и да теоретски, на одређеној температури, обе ове течности могу да коегзистирају, при чему једна врста лебди изнад друге – као при мешању уља и воде.

Ова хипотеза (уље/вода) је демонстрирана у компјутерској симулацији, али није потврђена експериментом. Истраживачи који су открили МДА кажу да ова њихова нова студија може покренути питања о валидности те идеје.

„Постојеће моделе воде треба поново тестирати. Они морају бити у стању да објасне постојање аморфног леда средње густине. Ово би могла бити полазна тачка за коначно објашњење течне воде“, рекао је Салцмен.