VODA je temeljna tvar za život, ali njezina su svojstva sve samo ne obična. Iako je posvuda oko nas, ponaša se potpuno drugačije od većine tekućina: postaje rjeđa kada se zaledi, ima iznimno visoku površinsku napetost i vrelište, a s obzirom na molekularnu masu, na sobnoj bi temperaturi trebala biti plin. Znanstvenici su sada njezinu neobičnost podigli na novu razinu stvaranjem dosad neviđenog oblika leda, piše Science Alert.

Superionski led pod ekstremnim tlakom

Znanstveni tim uspio je stvoriti novi oblik leda pri tlaku od 2,3 milijuna atmosfera i temperaturi višoj od 2300 Celzijevih stupnjeva. U takvim uvjetima očekivalo bi se da voda bude plin, no pod golemim tlakom, kakav vlada u unutrašnjosti velikih planeta, njezino širenje je spriječeno. Umjesto toga, ostaje iznimno gusta i prelazi u egzotična stanja.

Jedno od takvih stanja je superionski led, koji nije ni potpuno čvrst ni tekući. U njemu su atomi kisika fiksirani u krutu kristalnu rešetku, dok se jezgre vodika slobodno kreću kroz nju, slično česticama u tekućini.

Potraga za novim fazama leda

Do danas je poznato dvadesetak faza vodenog leda, a nekoliko ih u ekstremnim uvjetima postaje superionsko. Istraživanje ovih oblika nije samo znanstvena znatiželja. Pretpostavlja se da superionski led postoji duboko u Uranu i Neptunu, gdje bi njegova svojstva mogla objasniti neobična magnetska polja tih planeta.

Eksperiment koji pomiče granice

U novom eksperimentu, tim pod vodstvom fizičara Alexisa Forestiera iz francuskog Povjerenstva za alternativne energije i atomsku energiju izložio je uzorke vode uvjetima kakvi se očekuju u jezgrama ledenih divova.

Uzorke su stisnuli između dijamantnih vrhova do tlaka od 230 gigapaskala, što je 2,3 milijuna puta više od atmosferskog tlaka, i istovremeno ih zagrijavali laserima na temperature od više tisuća stupnjeva. Promjene u kristalnoj strukturi leda pratili su uskim snopom rendgenskih zraka.

Otkriće heksagonalnog leda

Analiza je otkrila konfiguraciju koja je do sada postojala samo u teoriji: heksagonalno gusto pakirani led, poznat kao hcp led. Riječ je o specifičnom rasporedu atoma kisika.

Dok ranije otkriveni oblik superionskog leda ima takozvanu plošno centriranu kubičnu strukturu (fcc), kod hcp leda slojevi atoma drugačije su posloženi. Eksperimenti su pokazali da se zagrijavanjem hcp kristal počeo ponašati kao superionska tvar.

Prijelaz između dva oblika

Istraživači su utvrdili da se prijelaz iz jednog oblika u drugi događa s porastom tlaka i temperature. Pri 155 gigapaskala i 2000 kelvina, rendgenski signal pokazivao je mješavinu fcc i hcp strukture.

Kada su uvjete pojačali na 219 gigapaskala i 2630 kelvina, fcc signal je gotovo nestao, a hcp je postao dominantan. Tim je naknadno shvatio da je vjerojatno i u jednom ranijem eksperimentu proizveo hcp led, ali tada nisu prepoznali o čemu se radi.

Značaj za razumijevanje Sunčevog sustava

Iako se čini kao neznatna promjena na atomskoj razini, razlika između dva oblika leda mogla bi biti ključna za planetologiju. Ako hcp led provodi struju drugačije od fcc leda, to bi moglo izmijeniti modele koji opisuju unutrašnjost Urana i Neptuna.

Smatra se da su upravo ti procesi odgovorni za stvaranje njihovih kaotičnih i asimetričnih magnetskih polja. Svojstva novootkrivenog hcp leda, poput električne vodljivosti, tek se trebaju istražiti daljnjim teorijskim i eksperimentalnim radom.

Otkriće pokazuje da je voda, jedna od najpoznatijih tvari, i dalje puna iznenađenja. Svaki novi egzotični oblik leda otvara nova pitanja o uvjetima koji vladaju u ekstremnim okruženjima, od unutrašnjosti planeta do udaljenih svemirskih objekata. Nalazi su objavljeni u časopisu Physical Review Letters.