Zašto je važno otkriće novog oblika vode – u prahu

Istraživači u Velikoj Britaniji, na univerzitetima UCL i Kembridž, otkrili su novu vrstu leda koja bi mogla da promeni naše naučno shvatanje vode.

Profesor Kristof Salcmen (UCL), jedan od autora studije, kaže: „Voda je osnova svega živog. Naše postojanje zavisi od vode, idemo u svemir u potrazi za njom, ali sa naučne tačke gledišta malo toga znamo o vodi.“

Naime, voda ima mnogo anomalija koje su dugo zbunjivale naučnike. Na primer, voda je najgušća na četiri stepena Celzijusa i postaje manje gusta kako se smrzava, zbog čega led pluta. Takođe, što više vršite pritisak na tečnu vodu, tim ju je lakše komprimirati – što odstupa od principa koji važe za većinu drugih supstanci.

Kakav je to novi led?

Novootkriveni led je amorfan, to jest, njegovi molekuli nisu pravilno uređeni kao u običnom, kristalnom ledu.

Amorfni led je na Zemlji retkost i javlja se samo u hladnim gornjim slojevima atmosfere – ali je zato glavna vrsta leda u svemiru, jer tamo nema dovoljno toplotne energije za formiranje nama poznatih kristala leda.

Amorfni led je prvi put otkriven u obliku male gustine 1930-ih kada su naučnici kondenzovali vodenu paru na metalnoj površini ohlađenoj na -110 stepeni Celzijusa. Njegovo stanje visoke gustine otkriveno je 1980-ih kada je običan led bio komprimovan na skoro -200 stepeni Celzijusa. 

Ovo što su naučnici sada otkrili je amorfni led srednje gustine, koji izgleda kao fini beli prah, i koji je, za razliku od svih drugih poznatih oblika, imao istu gustinu kao tečna voda i čije je stanje ličilo na vodu u čvrstom obliku.

Novi led su nazvali – amorfnim ledom srednje gustine, MDA (medium-density amorphous ice).

„Tresli smo led kao ludi“

Za studiju, objavljenu u časopisu Science, odnosno eksperiment, istraživački tim je koristio poznati proces koji se zove mlevenje kuglicama – u posudi ohlađenoj na -200 stepeni Celzijusa, običan led su snažno tresli zajedno sa čeličnim kuglicama.

Glavni autor dr Aleksander Rosu-Finsen o tome kaže: „Tresli smo led kao ludi i uništili mu kristalnu strukturu. Umesto da na kraju dobijemo manje komadiće leda, shvatili smo da smo dobili potpuno novu vrstu stvari, sa nekim izvanrednim svojstvima.“

Amorfni led je najčeći oblik vode u univerzumu

Naučnici polaze od toga bi da MDA mogao da postoji unutar ledenih meseca spoljašnjeg Sunčevog sistema, pošto plimne sile iz gasnih giganata kao što su Jupiter i Saturn, na obični led mogu da deluju kao mlevenje čeličnim kuglicama u laboratoriji.

Pored toga, tim je otkrio da, kada se MDA zagreje i rekristališe, oslobađa izuzetnu količinu toplote, što znači da može da izazove tektonska kretanja i „ledotrese“ u kilometrima debelom pokrivaču leda na mesecu kao što je Jupiterov Ganimed.

Prof. Angelos Mihaelides, glavni autor sa Kembridža, kaže: „Za amorfni led se generalno kaže da je najzastupljeniji oblik vode u univerzumu. Sada tek treba istražiti koliko tog leda je MDA i koliko je on geofizički aktivan.“

Precizna replika tečne vode u čvrstom obliku?

Istraživači kažu da ovaj novootkriveni led može biti pravo staklasto stanje vode, to jest, precizna replika tečne vode u čvrstom obliku, na isti način na koji je staklo u prozorima čvrsti oblik tečnog silicijum-dioksida. Međutim, drugi scenario je da MDA uopšte nije staklast, već da je u jako svedenom u kristalnom stanju.

Koautor studije profesor Andrea Sela (UCL): „Pokazali smo da je moguće stvoriti ono što izgleda kao kreni-stani vrsta vode. Ovo je neočekivano i prilično neverovatno otkriće.“

Dr Majkl Dejvis, koji je u studiji radio kompujterske simulicije i modele, kaže: „Naše otkriće postavlja mnoga pitanja o prirodi tečne vode tako da je veoma važno razumevanje precizne atomske strukture MDA.“

Zašto je gustina toliko važna?

„Poznajemo 20 kristalnih oblika leda, ali su ranije otkrivene samo dve glavne vrste amorfnog leda, poznate kao amorfni led visoke i niske gustine. Između njih postoji ogroman jaz i polazilo se od toga da tu između nema drugačijeg leda. Naša studija pokazuje da je MDA upravo unutar ovog jaza u gustini“, kaže profesor Salcmen.

Jaz u gustini između poznatih amorfnih vrsta leda naveo je naučnike da smatraju da na veoma niskim temperaturama voda u stvari postoji kao dve tečnosti i da teoretski, na određenoj temperaturi, obe ove tečnosti mogu da koegzistiraju, pri čemu jedna vrsta lebdi iznad druge – kao pri mešanju ulja i vode.

Ova hipoteza (ulje/voda) je demonstrirana u kompjuterskoj simulaciji, ali nije potvrđena eksperimentom. Istraživači koji su otkrili MDA kažu da ova njihova nova studija može pokrenuti pitanja o validnosti te ideje.

„Postojeće modele vode treba ponovo testirati. Oni moraju biti u stanju da objasne postojanje amorfnog leda srednje gustine. Ovo bi mogla biti polazna tačka za konačno objašnjenje tečne vode“, rekao je Salcmen.