Водният лед има много кристални фази заедно с няколко аморфни структури. Аморфният лед, макар и рядък на Земята, е основният тип, открит в Космоса. Той е свързан с няколко космологични процеса и е потенциално ключов материал за обяснение на аномалиите на течната вода. Като се има предвид широко разпространеното значение на леда, важно е да се разбере сложната му структурна диаграма.

Сега учени от University College London (UCL) и университета в Кеймбридж са открили нов тип лед, който наподобява течната вода и може да трансформира нашето разбиране за нейните многобройни аномалии. Новооткритият лед е аморфен: молекулите му са дезорганизирани. Те трябва да бъдат правилно подредени като обикновен, кристален лед.

Замразявайки го до -200 градуса по Целзий, учените използват техника, известна като „смилане на топки“: агресивно разклащайки обикновени ледени и стоманени топки. Тази своеобразна мелница се използва в няколко индустрии за смесване на материали, но до този момент не е била прилагана за лед.

В изследването е използван течен азот за охлаждане до -200 градуса по Целзий, а плътността на смления лед е определена от неговата плаваемост в течен азот. Учените са използвали няколко други техники, включително рентгенова дифракция и Pаманова спектроскопия, за да анализират структурата и свойствата на леда. Те също така използват дифракция с малък ъгъл, за да изследват структурата му на дълги разстояния.

Така те откриха, че процедурата създава нов аморфен вид лед, който има същата плътност като течната вода и чието състояние прилича на вода в твърда форма, а не на микроскопични парчета обикновен лед. Той получи термина аморфен лед със средна плътност (MDA).

Учените от двата университета също така разгледаха топлината, отделена, когато ледът със средна плътност прекристализира при по-високи температури, използвайки калориметрия. Те откриха, че компресирането и нагряването на MDA го кара да рекристализира със значително освобождаване на енергия, демонстрирайки, че водата може да бъде високоенергиен геофизичен материал, който може да е отговорен за тектоничните процеси на ледените спътници в Слънчевата система.

Тъй като приливният натиск от газови гиганти като Юпитер и Сатурн може да наложи подобни напрежения на срязване върху обикновения лед като тези, причинени от топково смилане, учените предположиха, че MDA, който прилича на фин бял прах, може да съществува в ледените луни на външната Слънчева система.

Учените също така откриха, че MDA произвежда необичайно количество топлина, когато се затопли и прекристализира, което означава, че може да причини тектонични вибрации и „ледени трусове“ в дебелия километри слой лед, покриващ спътници като Ганимед до Юпитер.

Старши авторът проф. Кристоф Залцман (UCL Chemistry) казва: „Знаем за 20 кристални форми на лед, но само два основни вида аморфен лед са били открити преди това, известни като аморфен лед с висока плътност и аморфен лед с ниска плътност. Между тях има огромна разлика в плътността и общоприетото разбиране е, че в тази разлика в плътността не съществува лед. Нашето проучване показва, че плътността на MDA е точно в рамките на тази разлика в плътността и това откритие може да има далечни последици за разбирането ни за течната вода и нейните много аномалии“.

Учените смятат, че водата всъщност съществува като две течности при ниски температури и че теоретично при определена температура и двете течности могат да съществуват едновременно, като единият тип плава над другия, както при смесване на масло и вода. Разликата в плътността между известните аморфни ледове подкрепя тази теория. Тази теория е доказана в компютърна симулация, а не чрез експерименти.

Според учените новото им изследване може да повдигне въпроси относно валидността на тази идея.

Водещият автор на проучването д-р Александър Росу-Финсен, който извърши експерименталната работа, докато беше в UCL Chemistry, каза: „Разтърсихме леда доста дълго време и разрушихме кристалната структура. Вместо да получим по-малки парчета лед, осъзнахме, че сме измислили изцяло нов вид нещо с някои забележителни свойства“.

Освен това чрез многократно произволно срязване на кристален лед екипът създаде и изчислителен модел на MDA.

„Нашето откритие на MDA повдига много въпроси относно природата на течната вода и затова разбирането на точната атомна структура на MDA е много важно“, завършва екипът.

Снимка: Unsplash

Виж още: Луноход ще тества за пръв път изкуствен интелект на Луната