Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kde se bere řada anomálií vody? Nová fakta dále komplikují stávající představy.
Vědci objevili nový typ ledu, který se oproti jiným modifikacím dosud nejvíce podobá kapalné vodě. Nová modifikace je amorfní, nikoliv krystalická. Amorfní ledy jsou na Zemi vzácné, ve vesmíru ale naopak převažují. Je to proto, že v chladnějším prostředí nemá led dostatek tepelné energie k vytvoření krystalů (v pozemských podmínkách se amorfní led zřejmě vyskytuje v horních vrstvách atmosféry). Nově objevený led má ovšem celou řadu dalších zajímavých vlastností.
Autoři výzkumu z University College London a University of Cambridge použili k přípravě nové modifikace kulové mletí, při němž se obyčejný led společně s ocelovými kuličkami intenzivně třepal ve sklenici ochlazené kapalným dusíkem na -200 °C. K analýze struktury a vlastností vzniklého ledu vědci použili řadu technik, včetně rentgenové difrakce, Ramanovy spektroskopie a maloúhlové difrakce.
Na rozdíl od všech ostatních dosud známých ledů má nová modifikace stejnou hustotu jako kapalná voda; vlastně má jít o „kapalnou vodu v pevném skupenství“ (sklovitý stav kapané vody, podobně jako sklo je pevnou formou kapalného oxidu křemičitého), modifikace byla nazvána „amorfní led se střední hustotou“ (medium-density amorphous ice, MDA). Led vypadá jako jemný bílý prášek.
Vědci se domnívají, že tento led může existovat uvnitř ledových měsíců vnější Sluneční soustavy, protože slapové síly plynných obrů mohou na obyčejný led působit podobnými smykovými silami, jaké vznikaly při kulovém mletí. Kromě toho výzkumníci zjistili, že když se led MDA zahřívá a rekrystalizuje, uvolňuje velké množství tepla. Mohl by tudíž vyvolávat tektonické pohyby a ledová zemětřesení v kilometry tlustém pokryvu ledu na měsících, jako je Ganymedes.
„Známe už 20 krystalických forem ledu, ale dosud byly objeveny pouze dva hlavní typy amorfního ledu, známé jako amorfní led o vysoké a nízké hustotě. V hustotě je mezi nimi obrovský rozdíl a dosud platilo, že neexistuje žádný amorfní led mezi tím. Naše studie ukazuje, že hustota MDA se nachází právě uprostřed. Toto zjištění může mít dalekosáhlé důsledky pro naše chápání kapalné vody a mnoha jejích anomálií,“ uvádí hlavní autor studie Christoph Salzmann z UCL.
Mezera z hodnotách hustoty mezi známými amorfními ledy vedla vědce k domněnce, že voda při velmi nízkých teplotách ve skutečnosti existuje jako dvě kapaliny. Teoreticky by při určité teplotě mohly obě tyto kapaliny existovat vedle sebe, přičemž jeden typ by se vznášel nad druhým (poznámka PH: že by se dokonce ani nemísily?). Tato hypotéza je v souladu s výsledky počítačových simulací, ale dosud nebyla potvrzena experimentálně. Objevitelé MDA ledu tvrdí, že studie může vyvolat i otázky týkající se celé myšlenky „dvou vod“; stávající modely totiž nijak nevysvětlují existenci amorfního ledu se střední hustotou.
Amorfní led byl poprvé objeven ve své nízkohustotní formě ve 30. letech 20. století, kdy vědci nechali vodní páru kondenzovat na kovovém povrchu ochlazeném na -110 °C. Modifikace s vysokou hustotou byla objevena v 80. letech 20. století, materiál vznikl stlačením obyčejného ledu při teplotě téměř -200 °C.
Alexander Rosu-Finsen et al, Medium-density amorphous ice, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abq2105. www.science.org/doi/10.1126/science.abq2105
Zdroj: University College London / Phys.org
