Oamenii de știință au descoperit o nouă formă ciudată de gheață, care ar putea schimba modul în care ne gândim la apă

Oamenii de știință au descoperit o formă de gheață necunoscută până acum, mai apropiată de apa lichidă decât orice altă gheață, care a zvâcnit apa înghețată normală într-un borcan cu bile de oțel ultrafrigide.

Este vorba de gheață amorfă, o formă care nu se găsește în natură pe Pământ. Asta pentru că atomii săi nu sunt aranjați într-un model cristalin repetat și ordonat, ci sunt amestecați, un omnishambles atomic.

Dar gheața amorfă rezultată în urma experimentelor echipei, un proces numit măcinare cu bile, nu seamănă cu nicio altă gheață amorfă văzută vreodată.

Gheața amorfă este de obicei de densitate mică, în jur de 0,94 grame pe centimetru cub, sau de densitate mare, începând de la 1,13 grame pe centimetru cub. Noua gheață are o densitate de 1,06 grame pe centimetru cub – fiind incredibil de aproape de densitatea apei, de 1 gram pe centimetru cub.

Cercetătorii conduși de chimistul Alexander Rosu-Finsen, fost profesor la University College London din Marea Britanie, au numit noua formă gheață amorfă de densitate medie (MDA).

„Apa este fundamentul întregii vieți. Existența noastră depinde de ea, lansăm misiuni spațiale în căutarea ei, însă din punct de vedere științific este foarte puțin înțeleasă”, a declarat, pentru sciencealert.com, chimistul Christoph Salzmann de la University College London.

„Cunoaștem 20 de forme cristaline de gheață, dar până acum au fost descoperite doar două tipuri principale de gheață amorfă, cunoscute sub numele de gheață amorfă de densitate mare și gheață amorfă de densitate mică. Există un decalaj uriaș de densitate între ele și înțelepciunea acceptată a fost că nu există gheață în interiorul acestui decalaj de densitate”, explică Salzmann: „Studiul nostru arată că densitatea MDA se află exact în acest decalaj de densitate, iar această descoperire poate avea consecințe profunde pentru înțelegerea noastră privind apa lichidă și numeroasele sale anomalii.”

Apa este pur și simplu ciudată. Pentru că este atât de omniprezentă și necesară pentru supraviețuirea noastră, nu avem tendința de a ne gândi prea mult la ea, dar nu respectă aceleași reguli ca și alte lichide.

Este un solvent universal, adică multe alte substanțe se dizolvă foarte ușor în el. Tensiunea sa superficială este neobișnuit de mare în comparație cu alte lichide, la fel ca și punctul său de fierbere.

Iar densitatea sa în condiții de răcire este poate cel mai ciudat lucru dintre toate: pe măsură ce majoritatea lichidelor îngheață, densitatea lor crește. Apa face opusul: devine mai puțin densă, ceea ce înseamnă că gheața de apă este, în general, mai puțin densă decât apa. Acesta este motivul pentru care cuburile de gheață plutesc în băutura dumneavoastră.

Dar nu toată gheața este creată la fel. Aici, pe Pământ, gheața ia în mod natural o formă cristalină, cu atomii săi dispuși într-un model hexagonal repetitiv. De aceea, fulgii de zăpadă au tendința de a fi hexagonali. Cu toate acestea, în vidul apropiat din spațiu, gheața este de obicei amorfă, deoarece atomii nu păstrează suficientă energie termică pentru a se mișca într-o structură cristalină.

Diferența de densitate din gheața amorfă a fost destul de fundamentală pentru înțelegerea noastră despre apă. De fapt, cercetările și simulările anterioare au constatat că această diviziune ar putea însemna că apa există ca două lichide separate la temperaturi foarte scăzute, coexistând chiar ca uleiul și, ei bine, apa, în loc să se amestece, dacă condițiile sunt potrivite. Apa a făcut și lucruri mai ciudate.

Dar apoi Rosu-Finsen și colegii săi au pus mâna pe niște bile de oțel. Măcinarea cu bile este o tehnică industrială utilizată pentru a măcina sau a amesteca materiale. Cercetătorii au folosit azot lichid pentru a răci un borcan de măcinare la -200 de grade Celsius (-328 de grade Fahrenheit), au adăugat gheață de apă normală și au agitat lucrurile.

„Am scuturat gheața ca o nebună pentru o perioadă lungă de timp și am distrus structura cristalină”, explică Rosu-Finsen: „În loc să ne trezim cu bucăți mai mici de gheață, ne-am dat seama că am ajuns la un tip de lucru cu totul nou, cu niște proprietăți remarcabile”.

Ce înseamnă aceste proprietăți nu este încă foarte clar. MDA ar putea fi o stare „sticloasă” a apei lichide, sugerează cercetătorii. Deși gheața amorfă nu se formează în natură, există și alte solide amorfe; sticla este una dintre ele și este pur și simplu o formă solidă de dioxid de siliciu lichid. Dar MDA ar putea fi, de asemenea, pur și simplu gheață cristalină puternic forfecată.

Acest lucru sugerează că modelele noastre existente de apă trebuie să fie reexaminate pentru a afla unde se încadrează MDA în acest tablou. Dar deja se arată promițător pentru a explica unele dintre modurile în care se comportă gheața de apă în Univers.

Cercetătorii au făcut experimente pentru a vedea ce se întâmplă atunci când MDA se recristalizează, comprimându-l și încălzindu-l. Ei au descoperit că acest proces eliberează o cantitate surprinzătoare de energie, sugerând că MDA ar putea juca un rol în activitatea tectonică de pe lumile acoperite de gheață, cum ar fi luna joviană Ganymede.

Iar descoperirea arată potențialul pentru viitoarele experimente și sondări ale proprietăților ciudate ale apei, de asemenea.

„Am demonstrat că este posibil să creăm ceea ce pare a fi un fel de apă în stop-motion”, spune chimistul Andrea Sella de la University College London: „Aceasta este o descoperire neașteptată și destul de uimitoare”.