Изследователи от Университетския колеж в Лондон (UCL) и Кеймбридж откриха нова форма на лед, която не се създава естествено на Земята, но може да съществува на ледените луни на газовите гиганти Нептун и Юпитер. Това е само един от 23-те вида H2O лед, които учените са открили, и притежава свойства, които променят из основи разбирането ни за „твърдото“ състояние на водата.
Въпреки че водата е основен градивен елемент на човека и покрива над 70 % от повърхността на Земята, тя има много аномални свойства, с които дори съвременната наука не се е примирила. Например под огромно налягане водата се компресира по-лесно. Това свойство е противоположно на което и да е друго вещество.
„Водата е в основата на целия живот“, казва професорът по химия от University College London (UCL) Кристоф Залцман. „Нашето съществуване зависи от нея, стартираме космически мисии в търсене на водата, но от научна гледна точка тя е слабо проучена.“
В края на краищата друго странно свойство на водата е, че при охлаждане тя става плътна. Тази повишена плътност кара студената вода да потъва под по-топлите си молекули. Водата достига максимална плътност само при 4°C, малко над точката на замръзване, а когато се приближи до 0°C и започне да образува ледени кристали, тя става по-малко плътна и се издига, поради което ледът плува. Тази особеност е уникална за водата, поради което учените се интересуват толкова много от твърдите ѝ форми.
Изследването на твърдата фаза на водата е довело до откриването от учените на над 20 вида лед. Съществуват 20 кристални форми и два аморфни вида – с висока плътност (HDA) и с ниска плътност (LDA). Учените откриват LDA през 30-те години на миналия век, когато излагат водни пари на стоманена ламарина, охладена до -100°C. Петдесет години по-късно те откриват, че могат да създадат HDA чрез компресиране на лед при почти -200°C.
И двете форми на вода се срещат в космоса, тъй като там няма достатъчно топлинна активност, за да се образува кристален лед. Най-близко до Земята те се намират в горните слоеве на атмосферата. Разликата в плътността предполага, че би трябвало да има средно положение, но научният консенсус го обявява за поредното странно свойство на водата.
„Съществува огромна разлика в плътността между аморфния лед с висока и ниска плътност и общоприетата мъдрост е, че в рамките на тази разлика в плътността не съществува лед“, казва Залцман.
Въпреки това Залцман, д-р Александър Росу-Финсен и екип от други учени от UCL и Кеймбридж създават в лабораторията нова форма на аморфен лед, която се намира в празнината между HDA и LDA. Те я наричат „аморфен лед със средна плътност“ или MDA.
Изследователите го откриват донякъде случайно, когато подлагат обикновения лед на процес наречен „топково смилане“ при -200°C, за да видят какво ще се случи. Резултатът е изцяло нова фаза H2O, която на молекулярно ниво прилича повече на вода, отколкото на лед (на изображението по-долу). Бялата прахообразна субстанция се движи при допир като водата, но е достатъчно плътна, за да запази формата си като леда. Всъщност то има същата плътност като водата, без да е течно.
Д-р Росу-Финсен обяснява, че процесът на „топково смилане“ е раздробил ледените кристали, превръщайки ги в аморфна маса.
„Разклащахме леда дълго време и разрушихме кристалната му структура“, казва той. „Вместо да получим по-малки парчета лед, осъзнахме, че сме се сдобили с напълно нов вид лед, с някои забележителни свойства.“
Съавторът на изследването, професор Андреа Села, добавя: „Показахме, че е възможно да се създаде нещо, което изглежда като стоп-движение на водата. Това е неочаквано и доста удивително откритие.“
Едно от най-интересните аномални свойства на MDA е, че при „размразяването“ си той се реформира в кристален лед – процес, при който се отделя „изключително“ количество топлина. Изследователите изказват предположението, че това може да е причината за „ледените земетресения“ на луната на Юпитер – Ганимед.
Екипът публикува изследването си в броя на Science от 2 февруари. Откритието несъмнено ще доведе до по-задълбочени изследвания на тази особена форма на лед.