Νέα μορφή πάγου δημιουργήθηκε σε θερμοκρασία δωματίου – Τι είναι ο «πάγος XXI»

Χρησιμοποιώντας το μεγαλύτερο λέιζερ ακτίνων-Χ στον κόσμο, διεθνής ομάδα ερευνητών δημιούργησε μια νέα μορφή πάγου σε θερμοκρασία δωματίου, ένα υλικό που δεν μπορεί να υπάρξει πουθενά αλλού στη Γη.

Από το χιόνι στις βουνοκορφές μέχρι τα παγωμένα καλύμματα της Αρκτικής και της Ανταρκτικής, σχεδόν όλος ο πάγος της Γης ανήκει σε μια φάση που ονομάζεται «πάγος Ιh», στην οποία τα άτομα νερού διατάσσονται σε εξαγωνικούς κρυστάλλους.

Πέρα όμως από τον κανονικό πάγο, η επιστήμη έχει ανακαλύψει τις τελευταίες δεκαετίες τουλάχιστον 20 ακόμα φάσεις του πάγου, ανάμεσά τους ο ο «άμορφος πάγος» του διαστρικού χώρου, ο οποίος δεν έχει κρυσταλλική δομή.

Μεταξύ των κρυσταλλικών φάσεων, οι περισσότερες μορφές πάγου σχηματίζονται σε συνθήκες υψηλής πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας.

Όχι όμως και ο «πάγος XXI», του οποίου η ανακάλυψη παρουσιάζεται στο περιοδικό Nature Materials. Η νέα φάση σχηματίζεται κάτω από συνθήκες ακραίας πίεσης αλλά σχετικά υψηλής θερμοκρασίας.

Ο πάγος XXI έχει τετραγωνική κρυσταλλική δομή με επαναλαμβανόμενες μονάδες που αποτελούνται από 152 μόρια νερού, περισσότερα από ό,τι σε κάθε άλλη φάση του πάγου.

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν το πείραμα στο European XFEL (Ευρωπαϊκή Εγκατάσταση Λέιζερ Ακτίνων Χ Ελεύθερων Ηλεκτρονίων), εργαστήριο που χρησιμοποιεί το ισχυρότερο λέιζερ ακτίνων Χ για να εξετάσει την εσωτερική δομή υλικών.

Μια μικρή ποσότητα νερού τοποθετήθηκε αρχικά ανάμεσα σε δύο διαμάντια που λειτούργησαν σαν αμόνι προκειμένου να αυξηθεί απότομα η πίεση στα 2 gigapascal, περίπου 20.000 φορές μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας.

Στη συνέχεια, η πίεση μειώθηκε σταδιακά στη διάρκεια ενός δευτερολέπτου, ενώ το λέιζερ κατέγραφε ένα εκατομμύριο εικόνες το δευτερόλεπτο για να παρακολουθήσει τις αλλαγές φάσης.

Η ίδια διαδικασία επαναλήφθηκε πάνω από 1.000 φορές για να εξεταστεί η συμπεριφορά του νερού σε ένα εύρος πιέσεων.

Όπως προέκυψε από το πείραμα, ο πάγος XXI είναι μια «μετα-σταθερή» μορφή πάγου, κάτι που σημαίνει ότι μπορεί να υπάρχει για ένα περιορισμένο χρονικό διάστημα παρόλο που μια άλλη μορφή πάγου θα ήταν πιο σταθερή στις ίδιες συνθήκες.

Συγκεκριμένα, ο πάγος XXI είναι μια από τις πολλές διαφορετικές ενδιάμεσες καταστάσεις από τις οποίες μπορεί να περάσει το νερό πριν μετατραπεί τελικά σε πάγο VI, μια άλλη εξωτική μορφή πάγου, η οποία πιστεύεται ότι σχηματίζεται σε συνθήκες μεγάλης πίεσης στο εσωτερικό αέριων πλανητών όπως ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός.

«Η ταχεία συμπίεση του νερού τού επιτρέπει να παραμείνει υγρό σε μεγαλύτερες πιέσεις, στις οποίες θα έπρεπε να είχε ήδη κρυσταλλωθεί ως πάγος XI» δήλωσε σε δελτίο Τύπου ο Γκουν Γου Λι του Κορεατικού Ερευνητικού Ινστιτούτο Προτύπων και Επιστήμης, τελευταίος συγγραφέας της μελέτης.

Τα ευρήματα, είπαν οι ερευνητές, υποδεικνύουν ότι υπάρχουν και άλλες φάσεις του πάγου που μένει να ανακαλυφθούν.