Naučnici koji zveckaju normalnom smrznutom vodom u tegli ultrahladnih čeličnih kuglica otkrili su ranije nepoznati oblik leda, bliži tečnoj vodi od bilo kojeg drugog leda.
Ovo je amorfni led, oblik koji se ne nalazi u prirodi na Zemlji. To je zato što njeni atomi nisu raspoređeni u uredan kristalni obrazac koji se ponavlja, već su zbrkani sve neuredno, atomsko sveobuhvatno.
Ali amorfni led koji proizlazi iz eksperimenata tima, procesa koji se zove mlevenje loptica, nije sličan nijednom amorfnom ledu ikada viđenom.
Amorfni led je obično male gustine, oko 0,94 grama po kubnom centimetru, ili visoke gustine, počevši od 1,13 grama po kubnom centimetru. Novi led ima gustinu od 1,06 grama po kubnom centimetru – što je neverovatno blizu gustini vode, na 1 gram po kubnom centimetru.
Istraživači predvođeni hemičarem Aleksandrom Rosu-Finsenom, bivšim sa Univerzitetskog koledža u Londonu u Velikoj Britaniji, nazvali su novi oblik amorfnim ledom srednje gustine (MDA).
„Voda je temelj čitavog života. Naše postojanje zavisi od nje, pokrećemo svemirske misije u potrazi za njom, ali je sa naučne tačke gledišta slabo shvaćena“, kaže hemičar Kristof Salcman sa Univerzitetskog koledža u Londonu.
„Znamo za 20 kristalnih oblika leda, ali su ranije otkrivene samo dve glavne vrste amorfnog leda, poznate kao amorfni led visoke gustine i niske gustine. Između njih postoji ogroman jaz u gustini i prihvaćena mudrost je da nema leda unutar tog jaza u gustini“, objašnjava Salzmann.
„Naša studija pokazuje da je gustina MDA upravo unutar ovog jaza u gustini i ovaj nalaz može imati dalekosežne posledice po naše razumevanje tečne vode i njenih brojnih anomalija.“
Voda, koja ne kuca oko grma, je samo čudna. Pošto je toliko sveprisutan i neophodan za naš opstanak, ne razmišljamo mnogo o tome, ali ne sledi ista pravila kao druge tečnosti.
To je univerzalni rastvarač; odnosno mnoge druge supstance se u njemu zaista lako rastvaraju. Njegova površinska napetost je neobično visoka u poređenju sa drugim tečnostima, kao i tačka ključanja.
A njegova gustina u uslovima hlađenja je možda najčudnija stvar od svega: kako se većina tečnosti smrzava, njihova gustina se povećava. Voda radi suprotno: postaje manje gusta, što znači da je vodeni led generalno manje gust od vode. Zbog toga kockice leda lebde u vašem piću.
Ali nije sav led stvoren jednako. Ovde na Zemlji, led prirodno poprima kristalni oblik, sa atomima raspoređenim u šestougaonom uzorku koji se ponavlja. Zato pahulje imaju tendenciju da budu šestougaone. Međutim, u svemiru koji je skoro vakuum, led je obično amorfan, jer atomi ne zadržavaju dovoljno toplotne energije da bi se pomerali u kristalnu strukturu.
Jaz u gustini amorfnog leda bio je prilično fundamentalan za naše razumevanje vode. U stvari, prethodna istraživanja i simulacije otkrile su da podela može značiti da voda postoji kao dve odvojene tečnosti na veoma niskim temperaturama, čak i koegzistiraju kao ulje i, pa, voda, a ne da se mešaju ako su uslovi bili pravi. Hej, voda je učinila čudnije stvari.
Ali onda su se Rosu-Finsen i njegove kolege dočepali čeličnih kuglica. Kuglično mlevenje je industrijska tehnika koja se koristi za mlevenje ili mešanje materijala. Istraživači su koristili tečni azot za hlađenje posude za mlevenje na -200 stepeni Celzijusa (-328 stepeni Farenhajta), dodali normalan vodeni led i protresli stvari.
„Dugo smo trestili led kao ludi i uništili kristalnu strukturu“, objašnjava Rosu-Finsen. „Umesto da završimo sa manjim komadima leda, shvatili smo da smo smislili potpuno novu vrstu stvari, sa nekim izvanrednim svojstvima.“
Šta ova svojstva znače još nije sasvim jasno. MDA bi mogao da bude „staklasto“ stanje tečne vode, sugerišu istraživači. Iako se amorfni led ne formira u prirodi, postoje druge amorfne čvrste materije; staklo je jedno od njih, i to je jednostavno čvrsti oblik tečnog silicijum dioksida. Ali MDA takođe može jednostavno biti i jako isečen kristalni led.
To sugeriše da naše postojeće modele vode treba preispitati kako bi se otkrilo gde se MDA uklapa u sliku. Ali već obećava da će objasniti neke od načina na koji se vodeni led ponaša u Univerzumu.
Istraživači su eksperimentisali da vide šta se dešava kada se MDA rekristališe, komprimuje i zagreva. Otkrili su da ovaj proces oslobađa iznenađujuću količinu energije, što sugeriše da bi MDA mogao da igra ulogu u tektonskoj aktivnosti na svetovima obloženim ledom kao što je Jovijanski mesec Ganimed.
I ovo otkriće pokazuje potencijal za buduće eksperimente i ispitivanje posebnih svojstava vode.
„Pokazali smo da je moguće stvoriti nešto što liči na stop-motion vrstu vode“, kaže hemičar Andrea Sela sa Univerzitetskog koledža u Londonu.
„Ovo je neočekivano i prilično neverovatno otkriće.“
