Νερό σε σκόνη – τι δεν γνωρίζαμε για το υγρό που σημαίνει ζωή

Ακούγεται απίστευτο – λίγα είναι γνωστά για το νερό. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν τώρα μια νέα μορφή πάγου που μπορεί να κρατά το κλειδί για την κατανόηση του H2O, του υγρού που διατηρεί τη ζωή στη Γη. Και ίσως στο διάστημα; Πρόκειται για νερό σε σκόνη.

Ερευνητές στη Μεγάλη Βρετανία, στα πανεπιστήμια του UCL και του Cambridge, ανακάλυψαν έναν νέο τύπο πάγου που θα μπορούσε να αλλάξει την επιστημονική μας κατανόηση για το νερό, αναφέρει το RTS που γράφει η Deutsche Welle.

Ο καθηγητής Christoph Salzmann (UCL), ένας από τους συγγραφείς της μελέτης, λέει: «Το νερό είναι η βάση όλων των ζωντανών όντων. Η ύπαρξή μας εξαρτάται από το νερό, πηγαίνουμε στο διάστημα για να το αναζητήσουμε, αλλά από επιστημονική άποψη γνωρίζουμε λίγα για το νερό».

Δηλαδή, το νερό έχει πολλές ανωμαλίες που προβληματίζουν τους επιστήμονες εδώ και πολύ καιρό. Για παράδειγμα, το νερό είναι πιο πυκνό στους τέσσερις βαθμούς Κελσίου και γίνεται λιγότερο πυκνό καθώς παγώνει, γι’ αυτό και ο πάγος επιπλέει. Επίσης, όσο περισσότερη πίεση ασκείτε στο υγρό νερό, τόσο πιο εύκολο είναι να το συμπιέζετε – κάτι που αποκλίνει από την αρχή που ισχύει για τις περισσότερες άλλες ουσίες.

Τι είδους νέος πάγος είναι αυτός;

Ο πάγος που ανακαλύφθηκε πρόσφατα είναι άμορφος, δηλαδή τα μόριά του δεν είναι σωστά διατεταγμένα όπως στον συνηθισμένο, κρυσταλλικό πάγο.

Ο άμορφος πάγος είναι σπάνιος στη Γη και εμφανίζεται μόνο στα κρύα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας – αλλά αυτός είναι ο λόγος που είναι ο κύριος τύπος πάγου στο διάστημα, επειδή δεν υπάρχει αρκετή θερμική ενέργεια για να σχηματιστούν οι κρύσταλλοι πάγου που γνωρίζουμε.

Ο άμορφος πάγος ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά σε μορφή χαμηλής πυκνότητας τη δεκαετία του 1930, όταν οι επιστήμονες συμπύκνωσαν υδρατμούς σε μια μεταλλική επιφάνεια που ψύχθηκε στους -110 βαθμούς Κελσίου. Η κατάσταση υψηλής πυκνότητάς του ανακαλύφθηκε τη δεκαετία του 1980 όταν ο συνηθισμένος πάγος συμπιέστηκε σε σχεδόν -200 βαθμούς Κελσίου.

Αυτό που ανακάλυψαν τώρα οι επιστήμονες είναι ένας άμορφος πάγος ενδιάμεσης πυκνότητας, ο οποίος μοιάζει με μια λεπτή λευκή σκόνη, και ο οποίος, σε αντίθεση με όλες τις άλλες γνωστές μορφές, είχε την ίδια πυκνότητα με το υγρό νερό και του οποίου η κατάσταση έμοιαζε με το νερό σε στερεή μορφή.

Ονόμασαν τον νέο πάγο – μέτριας πυκνότητας άμορφος πάγος, MDA (μέτριας πυκνότητας άμορφος πάγος).

«Τίναμε τον πάγο σαν τρελοί»

Για τη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science, δηλαδή το πείραμα, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια γνωστή διαδικασία που ονομάζεται άλεση με σφαιρίδια – σε ένα δοχείο που ψύχθηκε στους -200 βαθμούς Κελσίου, ο συνηθισμένος πάγος ανακινήθηκε έντονα μαζί με χαλύβδινες μπάλες.

Ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ Alexander Rosu-Finsen λέει: «Τίναμε τον πάγο σαν τρελοί και καταστρέψαμε την κρυσταλλική του δομή. Αντί να καταλήξουμε με μικρότερα κομμάτια πάγου, συνειδητοποιήσαμε ότι αποκτήσαμε ένα εντελώς νέο είδος πράγματος, με μερικές εξαιρετικές ιδιότητες».

Ο άμορφος πάγος είναι η πιο κοινή μορφή νερού στο σύμπαν

Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι το MDA θα μπορούσε να υπάρχει μέσα στα παγωμένα φεγγάρια του εξωτερικού ηλιακού συστήματος, καθώς οι παλιρροϊκές δυνάμεις από γίγαντες αερίων όπως ο Δίας και ο Κρόνος μπορούν να δράσουν στον συνηθισμένο πάγο όπως το τρόχισμα με χαλύβδινες μπάλες σε εργαστήριο.

Επιπλέον, η ομάδα διαπίστωσε ότι όταν το MDA θερμαίνεται και ανακρυσταλλώνεται, απελευθερώνει μια αξιοσημείωτη ποσότητα θερμότητας, που σημαίνει ότι μπορεί να προκαλέσει τεκτονικές κινήσεις και «παγοσειμούς» στο πάχος χιλιομέτρου σε φεγγάρια όπως ο Γανυμήδης του Δία.

Prof. Ο Άγγελος Μιχαηλίδης, κύριος συγγραφέας από το Κέμπριτζ, είπε: «Ο άμορφος πάγος λέγεται γενικά ότι είναι η πιο άφθονο μορφή νερού στο σύμπαν. Τώρα πρέπει ακόμη να διερευνήσουμε πόσο από αυτόν τον πάγο είναι MDA και πόσο γεωφυσικά ενεργός είναι».

Ακριβές αντίγραφο υγρού νερού σε στερεή μορφή;

Οι ερευνητές λένε ότι αυτός ο πάγος που ανακαλύφθηκε πρόσφατα μπορεί να είναι μια πραγματική υαλώδης κατάσταση του νερού, δηλαδή ένα ακριβές αντίγραφο υγρού νερού σε στερεή μορφή, με τον ίδιο τρόπο που το γυαλί στα παράθυρα είναι μια στερεή μορφή υγρού πυριτίου. Ωστόσο, ένα άλλο σενάριο είναι ότι το MDA δεν είναι καθόλου υαλώδες, αλλά βρίσκεται σε εξαιρετικά μειωμένη κρυσταλλική κατάσταση.

«Δείξαμε ότι είναι δυνατό να δημιουργηθεί αυτό που φαίνεται να είναι ένας τύπος νερού κίνησης. Αυτή είναι μια απροσδόκητη και αρκετά απίστευτη ανακάλυψη», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης, ο καθηγητής Andrea Sella (UCL).

Ο Δρ Michael Davies, ο οποίος εργάστηκε στις προσομοιώσεις και τα μοντέλα υπολογιστή της μελέτης, λέει ότι «η ανακάλυψή μας εγείρει πολλά ερωτήματα σχετικά με τη φύση του υγρού νερού, επομένως η κατανόηση της ακριβούς ατομικής δομής του MDA είναι πολύ σημαντική».

Γιατί είναι τόσο σημαντική η πυκνότητα;

«Γνωρίζουμε 20 κρυσταλλικές μορφές πάγου, αλλά μόνο δύο κύριοι τύποι άμορφου πάγου, γνωστοί ως άμορφος πάγος υψηλής πυκνότητας και χαμηλής πυκνότητας, έχουν ανακαλυφθεί στο παρελθόν. Υπάρχει ένα τεράστιο χάσμα μεταξύ τους και υποτίθεται ότι δεν υπάρχει διαφορετικός πάγος μεταξύ τους. Η μελέτη μας δείχνει ότι το MDA βρίσκεται ακριβώς μέσα σε αυτό το χάσμα πυκνότητας», λέει ο καθηγητής Salzman.

Το χάσμα στην πυκνότητα μεταξύ των γνωστών άμορφων τύπων πάγου έχει οδηγήσει τους επιστήμονες να πιστεύουν ότι σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες το νερό υπάρχει στην πραγματικότητα ως δύο υγρά και ότι θεωρητικά, σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, και τα δύο αυτά υγρά μπορούν να συνυπάρχουν, με τον ένα τύπο να επιπλέει πάνω από τον άλλο. – όπως στην ανάμειξη λαδιού και νερού.

Αυτή η υπόθεση (λάδι/νερό) αποδείχθηκε σε προσομοίωση υπολογιστή, αλλά δεν επιβεβαιώθηκε με πείραμα. Οι ερευνητές που ανακάλυψαν το MDA λένε ότι η νέα τους μελέτη μπορεί να εγείρει ερωτήματα σχετικά με την εγκυρότητα της ιδέας.

«Τα υπάρχοντα μοντέλα νερού πρέπει να δοκιμαστούν ξανά». Πρέπει να είναι σε θέση να εξηγήσουν την ύπαρξη άμορφου πάγου μέσης πυκνότητας. «Αυτό θα μπορούσε να είναι το σημείο εκκίνησης για την τελική εξήγηση του υγρού νερού», είπε ο Salzman.

...