Lód, który nie topi się w temperaturze pokojowej? Naukowcy w szoku
W wyniku eksperymentu koreańskich naukowców odkryto Ice XXI - dotąd nieznaną fazę lodu, powstałą w warunkach ekstremalnego ciśnienia i zarejestrowaną przy użyciu zaawansowanych urządzeń rentgenowskich. Nowa faza lodu charakteryzuje się zdolnością do istnienia w temperaturze pokojowej i wykazuje właściwości metastabilne, co może wpłynąć na nasze rozumienie procesów zachodzących w głębinach niektórych ciał niebieskich. Badania te torują drogę kolejnym odkryciom i poszerzają potencjalną wiedzę o wodzie na innych planetach.
Lód występuje w wielu fazach - dwudziestu, oznaczonych cyframi rzymskimi od I do XX - a naukowcy z Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) właśnie odkryli nową fazę nazwaną "Ice XXI".
Jak zbadano nową fazę lodu?
W eksperymencie badacze wykorzystali diamentowe kowadła - powszechnie stosowane w materiałoznawstwie urządzenie do ściskania próbek pod ogromnym ciśnieniem, dzięki którym poddano wodę ciśnieniu 2 gigapaskali (20 000 razy wyższemu niż ciśnienie atmosferyczne) w ciągu zaledwie 10 milisekund. Aby zwizualizować nową strukturę, wykorzystano najnowocześniejsze urządzenia rentgenowskie, takie jak European X-Ray Free-Electron Laser Facility (XFEL) i PETRA III. Wysokie częstotliwości impulsów rentgenowskich, które działają jak kamera szybkoobrotowa, pozwoliły naukowcom nagrać filmy przedstawiające proces formowania się struktury lodu.
W ten sposób udało się skrystalizować wodę w nieznaną dotąd strukturę. Odkrycie to podważa naszą wiedzę o zachowaniu wody w ekstremalnych warunkach i może dostarczyć wglądu we wnętrza lodowych księżyców, takich jak Tytan czy Ganimedes.
Nowa faza lodu jest metastabilna - tzn., że może przetrwać tymczasowo, nawet jeśli inne formy lodu byłyby bardziej stabilne w tych samych warunkach - i powstaje, kiedy ciekła woda poddawana jest gwałtownemu ściskaniu. Lód XXI może istnieć w temperaturze pokojowej, w odróżnieniu od konwencjonalnego lodu, który powstaje w niskich temperaturach.
W ten sposób pokazano, że w ekstremalnych warunkach mogą istnieć nowe i nieoczekiwane struktury, poszerzając naszą wiedzę o zachowaniu wody. Inne fazy lodu wysokociśnieniowego tylko czekają na odkrycie, a każda z nich ma unikalne właściwości.
Plany na dalsze odkrywanie faz lodu
Odkrycie lodu XXI to dopiero początek - naukowcy mają nadzieję zbadać inne metastabilne fazy lodu i zrozumieć ścieżki ich powstawania i przemian. Badania te mogą ujawnić jeszcze więcej na temat roli wody we wnętrzach planet i nie tylko.
- Nasze odkrycia wskazują na możliwość istnienia większej liczby metastabilnych faz lodu o wysokiej temperaturze i powiązanych z nimi ścieżek przejściowych, co potencjalnie może dostarczyć nowych spostrzeżeń na temat składu lodowych księżyców - powiedziała Rachel Husband, współautorka badania.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Materials.
