Odkryto zupełnie nowy rodzaj lodu. Pomogło w tym szybkie potrząsanie stalowymi kulami
W prestiżowym czasopiśmie naukowym „Science” ogłoszono odkrycie nowego rodzaju lodu. To tzw. lód amorficzny o średniej gęstości. Zdaniem badaczy, może to pomóc wyjaśnić pewne zagadkowe właściwości wody w stanie ciekłym.
W tym artykule:
- Ile jest odmian lodu?
- Tworzenie lodu w młynie kulowym
- Nowa forma lodu
- Czego nie wiemy o wodzie i Ganimedesie
– Woda to fundament całego życia – mówi prof. Christoph Salzmann z University College London. – A jednak, z naukowego punktu widzenia, ciągle wiemy o niej mało – dodaje.
Naukowiec jest głównym autorem pracy w „Science”. Opisuje ona odkrycie zupełnie nowej odmiany lodu. Badacze mają nadzieję, że może też przyczynić się do wyjaśnienia niezrozumiałych jeszcze właściwości wody.
Ile jest odmian lodu?
Woda w stałym stanie skupienia to oczywiście lód. Wbrew wiedzy potocznej, jest go bardzo wiele rodzajów. W zależności od tego, w jakich warunkach lód powstał – czyli m.in. w jakiej temperaturze i pod jakim ciśnieniem – może układać się w różnego typu sieci krystaliczne.
Najpowszechniejsza forma lodu, która powstaje w warunkach ziemskich i którą spotykamy zimą, to lód Ih. Tworzące go cząsteczki wody układają się w regularny wzór heksagonalny. Lód może mieć również inne odmiany. Np. we wnętrzu księżyców lodowych powstaje najprawdopodobniej lód II, czyli odmiana trygonalna. Istnieją też odmiany tetragonalne i inne.
Skąd wzięła się woda na Ziemi? Naukowcy twierdzą, że źródłem może być Słońce
Większość naszej planety pokrywa woda. Nie było jej jednak od początku istnienia Ziemi. Skąd wzięło się w takim razie H2O? Naukowcy twierdzą, że pochodzi prawdopodobnie ze Słońca.
To wszystko dotyczy lodu o strukturze krystalicznej. Czyli takiego, wewnątrz którego cząsteczki układają się w regularny, uporządkowany wzór. Jednak istnieje też lód amorficzny: forma lodu pozbawiona struktury krystalicznej.
Tworzenie lodu w młynie kulowym
Lód amorficzny powstaje – w uproszczeniu – wtedy, gdy cząsteczki wody zamarzają tak szybko, iż nie mają czasu ułożyć się w uporządkowany wzór. – Znamy aż dwadzieścia form lodu krystalicznego i tylko dwie amorficznego, o niskiej i wysokiej gęstości – mówi Salzmann. – Między nimi jest ogromna luka. Do tej pory przyjmowało się, że nic jej nie wypełnia.
Jego zespół wykazał, że jest inaczej. Naukowcy wykorzystali w doświadczeniach młyn kulowy, stosowany w przemyśle. Czyli zbiornik zawierający kule stalowe. Do jego środka włożyli zwykły lód. Następnie zaczęli potrząsać zbiornikiem schłodzonym do minus 200 st. C.
Nowa forma lodu
– Trzęśliśmy tym lodem jak szaleni przez długi czas i zniszczyliśmy jego krystaliczną strukturę – opowiada dr Alexander Rosu-Finsen, który odpowiadał za eksperymentalną część pracy. – Jednak zamiast otrzymania małych kawałków lodu, stworzyliśmy coś zupełnie innego. Coś o zaskakujących właściwościach.
Jak się okazało, proces nie doprowadził do rozbicia lodu. Zamiast tego powstała jego nowa amorficzna forma. Nazwano go lodem o średniej gęstości (ang. medium-density amorphous ice, MDA). Ma gęstość ciekłej wody, jednak przypomina wodę w stanie stałym.
Woda na Marsie – co się z nią stało? NASA: może być „uwięziona” w minerałach
Gdzie zniknęły oceany pokrywające niegdyś powierzchnię Czerwonej Planety? Rozwiązanie zagadki proponuje nowa teoria dotycząca geologii Marsa.
– Wykazaliśmy, że możliwe jest stworzenie czegoś, co wygląda jak ciekła woda stop-motion – mówi prof. Andrea Sella, jeden z autorów pracy. – To niespodziewane i całkiem zdumiewające odkrycie – dodaje.
Czego nie wiemy o wodzie i Ganimedesie
Zdaniem badaczy, odkrycie może wyjaśnić pewne zagadkowe właściwości wody ciekłej. Np. wiadomo, że ma ona największą gęstość w temperaturze 4 st. C. W miarę dalszego ochładzania, jej gęstość maleje – i dlatego lód unosi się na wodzie. Ponadto, im bardziej ściska się wodę, tym łatwiej ją skompresować. To zupełnie odwrotnie niż w przypadku wielu innych substancji.
– Istniejące obecnie modele ciekłej wody muszą zostać ponownie przemyślane, tak by były w stanie wyjaśniać istnienie lodu amorficznego średniej gęstości. To może być dobry punkt startowy do ostatecznego wyjaśnienia właściwości ciekłej wody – zauważa prof. Salzmann.
Naukowcy podejrzewają, że odkryty przez nich lód MDA może istnieć wewnątrz księżyców lodowych Saturna i Jowisza. Siły pływowe generowane przez grawitację tych masywnych planet mogłyby działać na zwykły lód tak samo, jak stal w obracającym młynie kulkowym użytym w eksperymencie.
Dodatkowo okazało się również, że kiedy lód MDA został podgrzany i ponownie się skrystalizował, uwolnił bardzo dużo ciepła. Jeśli podobny proces zachodzi np. na Ganimedesie, może być przyczyną lodowych „trzęsień ziemi”. Czyli poruszania się tamtejszej skorupy lodowej.
Nasz ekspert
Magdalena Salik
Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com