Voda je temeljna tvar za život, a njena svojstva su sve samo ne obična. Iako je svuda oko nas, ponaša se potpuno drugačije od većine tečnosti: postaje ređa kada se zaledi, ima izuzetno visoku površinsku napetost i vrelište, a s obzirom na molekularnu masu na sobnoj temperaturi bi trebalo da bude gas. Naučnici su sada tu neobičnost obogatili stvaranjem dosad neviđenog oblika leda, piše Science Alert. I to na pritisku od 2,3 miliona atmosfera i temperaturi višoj od 2.300 Celzijusovih stepeni. U takvim uslovima očekivalo bi se da voda bude gas, no pod ogromnim pritiskom, kakav vlada u unutrašnjosti velikih planeta, njeno širenje je spriječeno. Umesto toga, ostaje izrazito gusta i prelazi u egzotična stanja.
Jedno od takvih stanja jeste superjonski led, koji nije ni potpuno čvrst, ni tekući. U njemu su atomi kiseonika fiksirani u krutu kristalnu rešetku, dok se jezgra vodonika slobodno kreću kroz nju, slično česticama u tečnosti. Do danas je poznato dvadesetak faza vodenog leda, a nekoliko u ekstremnim uslovima postaju superjonska. Izučavanje ovih oblika nije samo naučna znatiželja. Pretpostavlja se da superionski led postoji duboko u Uranu i Neptunu, gde bi njegova svojstva mogla objasniti neobična magnetska polja tih planeta. U novom eksperimentu istraživači pod vođstvom fizičara Aleksisa Forestijea iz Komisije za alternativne energije i atomsku energiju u Francuskoj izložili su uzorke vode uslovima kakvi se očekuju u jezgrima ledenih divova. Uzorke su stisnuli između dijamantskih vrhova do pritiska od 230 gigapaskala, što je 2,3 miliona puta više od atmosferskog, i istovremeno ih zagrevali laserima na temperature od više hiljada stepeni. Promene u kristalnoj strukturi leda pratili su uskim snopom rendgenskih zraka.
Analiza je otkrila konfiguraciju koja je do sada postojala samo u teoriji: heksagonalno gusto pakovani led, poznat kao HCP led (Hexagonal Close-Packed). Reč je o specifičnom rasporedu atoma kiseonika. Dok ranije otkriveni oblik superjonskog leda ima takozvanu pljosnato centriranu kubnu strukturu (FCC), kod HCP leda slojevi atoma drugačije su složeni. Eksperimenti su pokazali da se zagrevanjem HCP kristal počeo ponašati kao superjonska materija. Istraživači su utvrdili da se prelaz iz jednog oblika u drugi događa s porastom pritiska i temperature. Na 155 gigapaskala i 2.000 kelvina, rendgenski signal pokazivao je mešavinu fcc i hcp strukture. Kada su pojačali na 219 gigapaskala i 2.630 kelvina, FCC signal je gotovo nestao, a HCP je postao dominantan. Istraživači su naknadno shvatili da je verovatno i u jednom ranijem eksperimentu stvoren HCP led, ali tada nisu prepoznali o čemu se radi. Iako se čini kao neznatna promena na atomskom nivou, razlika između dva oblika leda mogla bi biti ključna za planetologiju. Ako HCP led provodi struju drugačije od FCC leda, to bi moglo promeniti modele koji opisuju unutrašnjost Urana i Neptuna.
Smatra se da su upravo ti procesi odgovorni za stvaranje njihovih haotičnih i asimetričnih magnetskih polja. Svojstva novootkrivenog HCP leda, poput električne provodljivosti, tek treba da se izuče teorijskim i eksperimentalnim radom. Otkriće pokazuje da je voda, jedna od najpoznatijih materija, i dalje puna iznenađenja. Svaki novi egzotični oblik leda otvara nova pitanja o uslovima koji vladaju u ekstremnim okruženjima, od unutrašnjosti planeta do udaljenih svemirskih objekata. Nalazi su objavljeni u časopisu Physical Review Letters.
(Ilustracija Pexels/Ray Suarez)
(Indeks)
