Znanstvenici su otkrili dosad nepoznati oblik leda i bliži je tekućoj vodi nego bilo koji drugi led dosad. Ovo je amorfni led, oblik koji nije pronađen u prirodi na Zemlji. To je zato što njegovi atomi nisu raspoređeni u uredan kristalni uzorak koji se ponavlja, već su zbrkani, samo gomila atoma. Ali amorfni led, koji nastaje eksperimentima, u procesu koji se naziva mljevenje kugle, nije nalik nijednom amorfnom ledu ikada viđenom. Amorfni led obično je niske gustoće, oko 0,94 grama po kubičnom centimetru, ili visoke gustoće, počevši od 1,13 grama po kubičnom centimetru.
Novi led ima gustoću od 1,06 grama po kubičnom centimetru – što je nevjerojatno blizu gustoće vode, od 1 grama po kubičnom centimetru. Istraživači predvođeni kemičarom Alexanderom Rosu-Finsenom, sa Sveučilišta u Londonu u Velikoj Britaniji, nazvali su novi oblik amorfni led srednje gustoće (MDA). “Voda je temelj svega života. Naše postojanje ovisi o njoj, pokrećemo svemirske misije u potrazi za njom, ali sa znanstvene točke gledišta slabo je shvaćena”, kaže kemičar Christoph Salzmann sa Sveučilišta u Londonu.
“Znamo za 20 kristalnih oblika leda, ali dosad su otkrivene samo dvije glavne vrste amorfnog leda, poznate kao amorfni led visoke i niske gustoće. Između njih postoji ogroman jaz u gustoći i prihvaćena je mudrost da ne postoji led unutar tog jaza gustoće”, objašnjava Salzmann. “Naša studija pokazuje da je gustoća MDA upravo unutar ovog jaza gustoće i ovo otkriće može imati dalekosežne posljedice za naše razumijevanje tekuće vode i njezinih brojnih anomalija.”
Neobična tekućina
Voda je čudna. Budući da je tako sveprisutna i neophodna za naš opstanak, ne razmišljamo puno o njoj, ali ne slijedi ista pravila kao druge tekućine. To je univerzalno otapalo; odnosno u njemu se doista lako otapaju mnoge druge tvari. Njezina površinska napetost je neobično visoka u usporedbi s drugim tekućinama, kao i njezino vrelište.
A njezina gustoća u uvjetima hlađenja možda je najčudnija stvar od svega: kako se većina tekućina smrzava, njihova se gustoća povećava. Voda čini suprotno: postaje manje gusta, što znači da je vodeni led općenito manje gust od vode. Zbog toga kockice leda plutaju u vašem piću. Ali nije sav led jednako stvoren. Ovdje na Zemlji, led prirodno poprima kristalni oblik, sa svojim atomima raspoređenim u šesterokutni uzorak koji se ponavlja. Zato snježne pahulje imaju tendenciju da budu šesterokutne.
U vakuumu svemira, međutim, led je obično amorfan, jer atomi ne zadržavaju dovoljno toplinske energije da se vrte okolo u kristalnu strukturu. Razlika u gustoći amorfnog leda bila je temeljna za razumijevanje vode. Zapravo, prethodna istraživanja i simulacije otkrile su da bi podjela mogla značiti da voda postoji kao dvije odvojene tekućine na vrlo niskim temperaturama, čak koegzistirajući poput ulja i vode, umjesto da se miješaju ako su uvjeti dobri.
Kako su otkrili novi led
Ali onda su se Rosu-Finsen i njegovi kolege dočepali čeličnih kuglica. Kuglično mljevenje je industrijska tehnika koja se koristi za mljevenje ili miješanje materijala. Istraživači su koristili tekući dušik da ohlade posudu za mljevenje na -200 stupnjeva Celzijusa, dodali normalan vodeni led i protresli. “Dugo smo tresli led kao ludi i uništili kristalnu strukturu”, objašnjava Rosu-Finsen. “Umjesto da završimo s manjim komadima leda, shvatili smo da smo došli do potpuno nove vrste stvari, s nekim izvanrednim svojstvima.”
Što ta svojstva znače još nije sasvim jasno. MDA bi mogao biti “staklasto” stanje tekuće vode, sugeriraju istraživači. Iako se amorfni led ne stvara u prirodi, postoje druge amorfne krutine; staklo je jedno od njih, a to je jednostavno čvrsti oblik tekućeg silicijevog dioksida. No, MDA bi također mogao jednostavno biti i jako posječeni kristalni led. To ipak sugerira da naše postojeće modele vode treba preispitati kako bismo saznali gdje se MDA uklapa u sliku. Ali već obećava za objašnjenje nekih načina na koje se vodeni led ponaša u svemiru. Istraživači su eksperimentirali kako bi vidjeli što se događa kada se MDA rekristalizira, komprimirajući ga i zagrijavajući. Otkrili su da ovaj proces oslobađa iznenađujuću količinu energije, što sugerira da bi MDA mogao igrati ulogu u tektonskim aktivnostima na svjetovima prekrivenim ledom poput Jovijanskog mjeseca Ganimeda.
A ovo otkriće također pokazuje potencijal za buduće eksperimente i ispitivanja osebujnih svojstava vode. “Pokazali smo da je moguće stvoriti nešto što izgleda poput stop-motion vrste vode”, kaže kemičarka Andrea Sella s University Collegea u Londonu. “Ovo je neočekivano i prilično nevjerojatno otkriće.”
