Oamenii de ştiinţă au anunţat identificarea celei de-a 19-a forme pe care o poate lua apa îngheţată – o formă exotică, caracterizată de cristale cu patru feţe ce se formează la temperaturi extrem de joase şi în condiţii de presiune foarte mare, transmite marţi Live Science care preia un articol publicat de Nature Communications, relatează Agerpres.
Această formă a apei există (pe Pământ) doar în condiţii de laborator, iar cercetătorii susţin că poate oferi mai multe indicii şi despre alte forme de gheaţă ce pot fi găsite la adâncimi mari în mantaua terestră dar şi pe planetele foarte reci.
„Pentru a numi o nouă formă a gheţii este necesară elucidarea exactă a structurii sale cristaline”, a declarat coordonatorul echipei de cercetători, Thomas Loerting, profesor de chimie la universitatea din Innsbruck (Austria). Acest lucru presupune identificarea celei mai simple structuri repetitive ce apare în cristal, locurile pe care le ocupă atomii din această structură şi care este simetria respectivei structuri cristaline, conform lui Loerting.
„Doar dacă cunoaştem toate aceste lucruri, putem da un nume unei noi forme de gheaţă… Gheaţa XIX este acum numele unei noi faze a gheţii pe care am descoperit-o în experimentele noastre”, a declarat el pentru Live Science.
Descrierea noii forme de gheaţă a fost publicată de echipa lui Loerting la 18 februarie în jurnalul Nature Communications, alături de un studiu al unor cercetători din Japonia care au verificat această descoperire.
O nouă formă de gheaţă
Suntem cu toţii familiarizaţi cu varietatea infinită de structuri hexagonale a fulgilor de zăpadă, care oglindesc aranjamentul hexagonal al atomilor de oxigen din cristalele de gheaţă din care sunt compuşi fulgii de zăpadă. Însă, cristalele de gheaţă hexagonale – gheaţa I – este doar una dintre multiplele forme ale cristalelor de gheaţă (cristale care sunt polimorfe). Până recent au fost identificate 18 polimorfisme ale apei îngheţate – deşi doar forma I, cea a cristalelor de gheaţă hexagonale este comună pe Pământ, scrie Agerpres.
Deşi gheaţa poate părea simplă, oamenii de ştiinţă ne asigură că este de fapt foarte… complicată. Spre exemplu, doar atomii de oxigen din moleculele de apă ale cristalelor de forma I compun un hexagon, în timp ce atomii de hidrogen sunt orientaţi aleator în jurul lor. Acest lucru face ca gheaţa I să fie „dezordonată” în terminologia de specialitate. Una dintre proprietăţile cristalelor de gheaţă dezordonate este că se pot deforma sub presiune: „Acesta este motivul pentru care gheţarii curg”, conform lui Loerting.
Prin contrast, atomii de hidrogen din alte câteva polimorfisme ale apei dispun de modalităţi proprii de aranjare în cristal şi formează gheaţă „H-ordonată’. Spre deosebire de gheaţa dezordonată, gheaţa H-ordonată este foarte fragilă şi se sfărâmă în loc să se deformeze.
Nou descoperita formă XIX a gheţii este o formă H-ordonată a gheţii VI (formă dezordonată – care este caracterizată de dispunerea aleatorie a atomilor de hidrogen în cristal). În plus, gheaţa VI are încă un polimorfism H-ordonat, gheaţa XV, în care atomii de hidrogen sunt aranjaţi după un tipar diferit.
„Gheaţa VI, gheaţa XV şi gheaţa XIX sunt foarte similare în ceea ce priveşte densitatea pentru că împărtăşesc acelaşi tip de reţea de atomi de oxigen. Ele sunt însă diferite în ceea ce priveşte poziţiile atomilor de hidrogen”, conform lui Loerting. Este pentru prima oară când o astfel de relaţie dintre polimorfisme diferite ale gheţii este descoperită, şi ar putea permite realizarea de experimente pentru a studia tranziţia de la o formă la alta.
Structură cristalină
Echipa lui Loerting a obţinut gheaţă XIX în experimente de laborator încă de acum trei ani, prin încetinirea procesului de răcire a gheţii XV la aproximativ -170 grade Celsius şi prin creşterea presiunii până la aproximativ 2 gigapascali. Însă, ei nu au remarcat detaliile noii structuri cristaline până nu au folosit un proces de difracţie de neutroni, care poate dezvălui structura atomică a unui material prin bombardarea sa cu un flux de neutroni şi studierea modelului de difracţie rezultat.
În circumstanţe normale, difracţia cu neutroni necesită folosirea apei grele, pentru că aceasta conţine mai mulţi neutroni. Însă, folosirea apei grele pure nu este practică pentru experimentele pe gheaţa XIX pentru că îngheaţă mult mai greu, conform lui Loerting. Cercetătorii au optat pentru a adăuga o mică parte de apă obişnuită în apa grea, accelerând astfel procesul de îngheţare a apei şi permiţând în acelaşi timp producerea difracţiei de neutroni.
Loerting a explicat că structura apei îngheţate reprezintă o importantă cheie pentru studierea legăturilor de hidrogen, care nu sunt suficient de bine explicate. Această descoperire este importantă şi pentru studierea unor corpuri cosmice, aşa cum sunt giganticele planete de gheaţă Uranus şi Neptun dar şi lunile îngheţate ale lui Jupiter (precum Europa, Io sau Ganymede), unde se găsesc şi alte polimorfisme ale apei.
„Este foarte important pentru astrofizicieni să cunoască densitatea şi proprietăţile formelor gheţii pentru a putea explica comportamentul mantalei de gheaţă sau a nucleelor de gheaţă ale acestor corpuri cosmice”, a mai adăugat Loerting.
Conform cercetătorilor, există încă multe ale polimorfisme ale gheţii. Gheaţa XIX este cel de-al şaselea polimorfism descoperit la Universitatea din Innsbruck din anii ’80 şi până acum, iar Loerting speră că echipa sa va descoperi şi gheaţa XX. „Cursa pentru gheaţa XX a început şi sper că echipa mea de cercetători va fi cea care va publica noua descoperire”, a mai declarat el.
