Într-un experiment ce pare desprins din science-fiction, cercetătorii au forțat apa să înghețe la temperatura camerei, sub o presiune colosală. Rezultatul? O formă complet nouă de gheață care ne obligă să regândim tot ce credeam că știm despre cea mai comună substanță de pe Pământ și deschide uși fascinante către secretele altor planete.
Pe scurt
💧 Oamenii de știință au descoperit o nouă formă de gheață, numită gheața XXI, care se formează sub presiune extremă la temperatura camerei.
🔬 Studiul dezvăluie că apa poate urma cinci căi distincte pentru a îngheța, formând diferite tipuri de gheață.
🧊 Structura cristalină unică a gheții XXI o face mai densă decât apa lichidă, ceea ce înseamnă că se scufundă în loc să plutească.
🪨 Descoperirile ar putea schimba modul în care înțelegem planetele și lunile înghețate din sistemul nostru solar.
Într-o lucrare de referință, oamenii de știință au dezvăluit existența unei noi forme de gheață care poate apărea la temperatura camerei dacă este supusă unei presiuni extreme. Această descoperire, botezată gheața XXI, ne arată cât de complexă și surprinzătoare poate fi apa. Cercetarea, condusă de o echipă internațională cu ajutorul unei tehnologii de vârf, arată că, sub presiune înaltă, apa poate urma mai multe rute pentru a se transforma în diverse tipuri de gheață. Această revelație nu doar că dărâmă vechile noastre presupuneri, dar oferă și perspective noi pentru știința planetară și cea a materialelor, arată Science Alert.
| Caracteristică fascinantă | Detaliul cheie |
|---|---|
| 🧊 Nume de cod | Gheața XXI |
| 🌡️ Temperatură de formare | La cald (~25°C) |
| 💧 Comportament unic | Se scufundă în apă (nu plutește) |
| 🏋️ Densitate extremă | 1.413 g/cm³ (cu 40% mai densă) |
| ⚡ Viteză de cristalizare | Ultra-rapidă (20-40 microsecunde) |
| ⚙️ Condiție de apariție | Presiune de milioane de ori mai mare |
Un laborator pentru presiuni extreme
La Institutul Coreean de Standarde și Știință, în colaborare cu European XFEL din Germania, o echipă s-a avântat într-un proiect ambițios: studierea apei în condiții extreme. Folosind o celulă cu nicovală de diamant, cercetătorii au reușit să comprime picături de apă cu o precizie fără precedent. Acest dispozitiv, dotat cu vârfuri de diamant, le-a permis să aplice presiuni de milioane de ori mai mari decât cea de la nivelul mării.
În timpul experimentelor, presiunea a fost variată rapid, în timp ce temperatura a fost menținută constantă la aproximativ 25 de grade Celsius (77°F). Echipa a monitorizat procesele de îngheț și topire, capturând detaliile fiecărei transformări. Impulsurile ultra-rapide de raze X de la European XFEL, sincronizate perfect cu momentul cristalizării, au permis cercetătorilor să creeze adevărate „filme” ale formării gheții în condiții similare cu cele de pe planete și luni îndepărtate.
Cinci căi diferite către gheață
Studiul a scos la iveală că apa nu are o singură rețetă pentru a deveni gheață. Dimpotrivă, poate îngheța prin cinci trasee distincte, formând uneori tipuri mai rare, precum gheața VI, sau trecând prin stări intermediare. În unele cazuri, apa s-a transformat în gheață VI și apoi s-a evaporat, în timp ce în altele a urmat o cale complexă prin mai multe faze solide înainte de a redeveni lichidă.
Aceste descoperiri sugerează că există o rețea ascunsă de căi de cristalizare, nu doar o autostradă directă de la lichid la solid. Tranzițiile, care au loc în doar 20-40 de microsecunde, subliniază natura incredibil de dinamică a apei sub presiune. Abilitatea de a comprima mostrele și de a observa schimbările în timp real a dezvăluit o complexitate a tranzițiilor de fază a apei pe care nu o bănuiam.
Faceți cunoștință cu gheața XXI: îngheață la temperatura camerei
Printre aceste căi nou descoperite, apariția gheții XXI este cu adevărat remarcabilă. Această formă de gheață are o structură complet diferită de fazele cunoscute, prezentând o rețea cristalină tetragonală unică. Având 152 de molecule de apă pe celulă unitară, gheața XXI este mai densă decât gheața obișnuită, ceea ce o face să se scufunde în loc să plutească.
La aproximativ 1,6 gigapascali, densitatea sa este de 1,413 grame pe centimetru cub. Spre deosebire de alte faze, gheața XXI nu revine la starea anterioară; în schimb, se transformă în structuri mai stabile, precum gheața VII și VI. Această trăsătură o clasifică drept o formă metastabilă – una care persistă temporar, chiar dacă există alternative mai stabile. Cercetarea arată cum compresia rapidă poate „păcăli” cristalizarea, permițând formarea unor structuri neașteptate.
Privind cum atomii își schimbă forma
Pentru a înțelege ce se întâmplă la nivel atomic, oamenii de știință au combinat experimentele cu simulări computerizate. Pe măsură ce presiunea a crescut, structura internă a apei s-a modificat treptat. Această tranziție lină explică de ce se pot forma mai multe structuri solide pe parcurs.
Apa sub presiune nu își schimbă starea instantaneu; mai degrabă, trece prin etape intermediare în care moleculele se aliniază parțial înainte de a forma un cristal complet. Se pare că înghețarea este mai mult o chestiune de sincronizare decât de temperatură sau presiune. Interacțiunea complexă dintre viteza de formare a cristalelor și mișcarea energiei în fluid joacă un rol crucial în determinarea rezultatului final.
Instantanee de mare viteză dintr-o lume ascunsă
Capturarea unor evenimente care durează microsecunde a necesitat tehnologie de ultimă generație. Impulsurile ultra-scurte de raze X de la European XFEL au fost cheia pentru a observa reorganizarea atomică în timpul acestor tranziții. Experimente suplimentare la laboratorul PETRA III al DESY au confirmat structura unică a gheții XXI.
Prin peste o mie de cicluri de compresie și decompresie, cercetătorii au observat constant aceleași tipare, o dovadă a unor procese fizice reproductibile. Succesul acestui studiu subliniază cât de complexă este apa și cum reușește să surprindă chiar și pe cei mai experimentați savanți. După cum a spus un cercetător, structura moleculară a apei permite o varietate uimitoare de aranjamente, demonstrând bogăția și flexibilitatea sa.
Această cercetare nu doar că ne aprofundează înțelegerea despre apă, dar are și implicații majore pentru știința planetară și cea a materialelor. În timp ce continuăm să explorăm Universul, ne întrebăm: ce alte secrete ar putea ascunde substanțele de zi cu zi, precum apa?
Studiul a fost publicat în revista de specialitate Nature Materials.
