Ερευνητές βρήκαν νέο τύπο πάγου που βυθίζεται στο νερό

Μέχρι τώρα ξέραμε ότι το νερό παγώνει σε χαμηλή θερμοκρασία. Τώρα επιστήμονες λένε ότι όταν το νερό υποβληθεί σε ακραίες πιέσεις – ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου – μπορεί να παγώσει με πέντε διαφορετικούς τρόπους, σχηματίζοντας ένα νέο είδος πάγου, τον λεγόμενο “πάγο XXI”. Η ανακάλυψη έγινε στο Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) σε συνεργασία με το ευρωπαϊκό εργαστήριο XFEL στη Γερμανία, όπου χρησιμοποιήθηκε το ισχυρότερο λέιζερ ακτίνων Χ στον κόσμο. 

Πώς πιέστηκε το νερό για να δημιουργηθεί πάγος

Στη μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Materials οι ερευνητέςσυνέθλιψαν μικροσκοπικές σταγόνες νερού ανάμεσα σε δύο διαμαντένιες άκρες, φτάνοντας σε πιέσεις εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από εκείνες της ατμόσφαιρας. Κατά τη διάρκεια εκατοντάδων κύκλων πίεσης, το νερό πάγωνε και έλιωνε, επιτρέποντας στους ερευνητές να παρακολουθήσουν τον σχηματισμό και τη διάλυση των κρυστάλλων σε πραγματικό χρόνο.

Χρησιμοποιώντας παλμούς ακτίνων Χ που διαρκούν μόλις ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου – κατάφεραν να κινηματογραφήσουν τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζεται ο πάγος σε πιέσεις παρόμοιες με εκείνες που υπάρχουν βαθιά στους πλανήτες και τους παγωμένους δορυφόρους. Οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν κάτι που κανείς δεν περίμενε: το νερό δεν ακολουθεί μία μόνο πορεία για να παγώσει, αλλά πέντε διαφορετικές διαδρομές.

Η μοναδική δομή και η συμπεριφορά του πάγου XXI

Όπως αναφέρεται στο The Brighter News σε κάποιες περιπτώσεις μετατράπηκε πρώτα σε πάγο τύπου VI, σε άλλες σε πάγο VII, ενώ σε ορισμένες δημιουργήθηκε μια εντελώς νέα φάση – ο πάγος XXI. Το εντυπωσιακό είναι ότι οι μεταβάσεις αυτές συμβαίνουν μέσα σε ελάχιστα μικροδευτερόλεπτα, αποδεικνύοντας πόσο ρευστή και απρόβλεπτη είναι η συμπεριφορά του νερού όταν πιέζεται απότομα.

Ο πάγος XXI ξεχωρίζει για τη δομή του: έχει ένα ιδιαίτερο “τετραγωνικό” πλέγμα, διαφορετικό από κάθε άλλη μορφή πάγου που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα, και περιέχει 152 μόρια νερού ανά μονάδα. Είναι επίσης πιο πυκνός από τον κοινό πάγο – γι’ αυτό αν τον τοποθετούσαμε σε νερό, θα βυθιζόταν αντί να επιπλέει.

Οι προσομοιώσεις έδειξαν πώς τα μόρια νερού αλλάζουν σταδιακά διάταξη όσο αυξάνεται η πίεση. Αντί να “πηδούν” απότομα από την υγρή στην στερεά κατάσταση, κινούνται μέσα από ενδιάμεσες φάσεις, όπου τα μόρια αρχίζουν να ευθυγραμμίζονται πριν σχηματίσουν πλήρεις κρυστάλλους. Αυτό δείχνει ότι η διαδικασία της πήξης εξαρτάται περισσότερο από τον ρυθμό και τον χρόνο παρά αποκλειστικά από τη θερμοκρασία ή την πίεση.

Η ομάδα κατέγραψε περισσότερους από χίλιους κύκλους συμπίεσης και αποσυμπίεσης, αποδεικνύοντας ότι τα φαινόμενα αυτά είναι επαναλαμβανόμενα και όχι τυχαία. 

Γιατί είναι σημαντική η ανακάλυψη

Η σημασία αυτής της ανακάλυψης εκτείνεται πολύ πέρα από τη φυσική του νερού. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι τέτοιες συνθήκες επικρατούν στο εσωτερικό παγωμένων δορυφόρων όπως ο Τιτάνας και o Γανυμήδης, όπου η πίεση και η θερμοκρασία μπορούν να δημιουργήσουν παρόμοιες εξωτικές μορφές πάγου. Η κατανόηση αυτών των φαινομένων βοηθά στην ερμηνεία των δεδομένων που συλλέγουν οι διαστημικές αποστολές στους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος.

Εκτός από την αστρονομία, τα ευρήματα έχουν εφαρμογές και στη βιομηχανία. Η γνώση του τρόπου με τον οποίο τα υλικά αλλάζουν δομή υπό πίεση μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερο έλεγχο της κρυστάλλωσης σε κράματα, ημιαγωγούς ή φαρμακευτικές ουσίες.