Водата е странна. Нов вид лед може да ни помогне да разберем защо

Изследователи са открили напълно нова форма на лед. Този лед е аморфен, т.е. няма стройно организирана кристална структура, и може да помогне за разгадаването на тайните на течната вода.

Вече са известни два вида аморфен лед: с висока и с ниска плътност. По средата съществуваше празнота и изследователите смятаха, че няма начин да се създаде аморфен лед със средна плътност или MDA (medium-density amorphous).

Но когато Кристоф Залцман (Christoph Salzmann) от Университетския колеж в Лондон и колегите му поставят обикновен лед - който има шестоъгълна кристална структура - в барабан със стоманени лагери, охладени до -200°C, силите на срязване, предизвикани от ударите, създават MDA.

"Това беше един от онези експерименти в петък следобед, когато просто го правиш и гледаш какво ще стане", споделя Залцман. "Нищо няма да се случи, просто ще разбием леда на по-малки парчета. Но за наша голяма изненада нещо се случи."

Полученият при експеримента фин бял прах има плътност точно между другите две познати форми на аморфен лед, почти същата като тази на течната вода. Това навежда изследователите на мисълта, че това може да е вода в т.нар. стъклена фаза, която е вид материя, продължаваща да се държи като течност дори при изключително ниски температури - за кратък период от време стъклото може да изглежда твърдо, но за по-дълъг период от време тече като вискозна течност.

_{Компютърни симулации разкриват как структурата на нормалния кристален лед (вляво) може да се промени в безпорядъчно твърдо вещество, когато ледът се разбие заедно с топки от неръждаема стомана при ниска температура. Тъй като слоевете лед се разместват на случаен принцип в симулацията, водните молекули (червени и сиви) се пренареждат в разбъркана маса, наречена аморфен лед (вдясно). Кредит: University of Cambridge}

Течната вода, колкото и обикновена да изглежда, крие загадки, след като се охлади до изключително ниски температури. Въз основа на разликата между аморфния лед с ниска и висока плътност изследователите предполагаха преди, че свръхохладената вода всъщност може да е едновременно в двете различни течни фази, като едната плава върху другата, но съществуването на MDA поставя тази идея под въпрос.

"Той не е кристален като обикновения лед, познатата форма леда, а плътността му е същата като на течната вода, така че големият въпрос е: какво е това?", обяснява Залцман. "Убеден съм, че ако успеем да разберем какво е това MDA, тогава ще разберем течната вода много по-добре".

MDA може да е важна съставка и в ледените луни на външната Слънчева система. Тези странни светове изпитват интензивни сили на срязване поради гравитацията на ледените гиганти, които обикалят. Това би могло да създаде подходящи условия за образуване на MDA. Изследователите също така установяват, че когато този лед се затопли, отделя изключително много топлина, което би могло да му осигури огромно влияние върху геоложката активност на тези светове.

Справка: Medium-density amorphous ice
Alexander Rosu-Finsen, Michael B. Davies, Alfred Amon, Han Wu, Andrea Sella, Angelos Michaelides and Christoph G. Salzmann 
SCIENCE 2 Feb 2023; Vol 379, Issue 6631 pp. 474-478 DOI: 10.1126/science.abq2105

Източник: Entirely new type of ice made using extremely cold steel balls, New Scientist