Ūdens ir dīvains. Šis laboratorijā radītais ledus ir vēl dīvaināks  (1)

Ūdens ir viena no retajām vielām, kuras ledus (un te runa ir par uz Zemes izplatītāko I ledu) ir mazāk blīva nekā viela šķidrā agregātstāvoklī. Tieši tāpēc ledus ūdenstilpēs negrimst, bet peld pa virsu. Vairums citu ielu pēc kristalizēšanās kļūst blīvākas. Taču laboratorijā radītas arī tādas ledus kristāliskās fāzes, kuras ir daudz blīvākas par ūdeni. Ja kubikmetrs šķidra ūdens svērs tonnu, tad kubikmetrs X ledus svērs 2,5 tonnas, proti, tas ir 2,5 reižu blīvāks par šķidru ūdeni un gandrīz 2,8 reižu blīvāks par to ledu, kas ziemā klāj mūsu ezerus un dīķus.

Taču ne viss ledus veido kristāliskas struktūras. Eksistē arī vairāku paveidu amorfs ledus, kur ūdens molekulas ir izvietojušās bez noteiktas kārtības. Tiek uzskatīts, ka tieši ledus amorfā forma ir visvairāk izplatītā Visuma plašumos. Pirmo amorfo ledus formu atklāja 1930. gados. To ieguva, ūdens tvaikiem kondensējoties uz ļoti aukstas (līdz mīnus 110 grādiem) atdzesētas metāla virsmas. Tas bija zema blīvuma amorfais ledus. 1980. gados atklāja arī blīvu amorfo ledu, ūdeni atdzesējot līdz mīnus 200 grādiem un arī pakļaujot lielam spiedienam.

Tātad mums bija zināms amorfs ledus, kura blīvums ir gan lielāks, gan mazāks par ūdens blīvumu. Taču līdz šim brīdim nebija izdevies iegūt amorfu ledu, kura blīvums ir gandrīz tāds pats kā šķidram ūdenim. Londonas Universitātes koledžas materiālzinātnieki ar samērā vienkāršu eksperimentu šo "robu" nu ir aizpildījuši.

Kristofs Salcmans ar kolēģiem to raksturo kā "traku ašo ideju piektdienas pēcpusdienā". Pētnieki nolēma ledu kārtīgi "paņurcīt" lodīšu dzirnavās. Tā ir ierīce, kur rotējošā tvertnē kopā ar "maļamo" materiālu ievieto tērauda lodītes. Kā raksta vietne "Live Science" – gluži kā tādā sarežģītā kokteiļu šeikerī.

^{Foto: Alexander Rosu-Finsen, Christoph Salzmann}

Pētnieki domāja, ka ledus dzirnavās vienkārši tiks sadalīts mazākos fragmentos, bet saglabās savu kristālisko struktūru. Taču tā vietā ledus tika saspiests pietiekami, lai izjauktu kristālisko struktūru un tiktu pie amorfa jeb bezkristāliskas struktūras ledus. Turklāt ar vidēju blīvumu, kas ir tikai nedaudz lielāks par šķidra ūdens blīvumu. Kubikmetrs šāda ledus svērtu 1060 kilogramus.

"Mēs ilgu laiku kratījām ledu kā traki, līdz iznīcinājām tā kristālisko struktūru. Tā vietā, lai izveidotos mazi ledus gabaliņi, mēs bijām tikuši pie pavisam jauna ledus veida ar dažām unikālām īpašībām," vietne "Astrobiology" citē pētījuma vadošo autoru Aleksandru Rosu-Finsenu, kas arī veica eksperimenta praktisko daļu.

Dabiskos apstākļos uz Zemes šādas struktūras ledus īsti rasties nevar, jo nepieciešamā temperatūra bija ļoti zema – mīnus 196 grādi pēc Celsija. Ledu sasildot līdz mīnus 120 grādiem un saspiežot, tas atkal ieguva kristālisku struktūru, procesā atdodot lielu daudzumu siltuma. "Ar citām ledus amorfajām formām, ja mēs tās uz brīdi saspiežam, nekas īpašs nenotiek. Taču šis vidēja blīvuma amorfais ledus kaut kādā veidā spēj uzkrāt šo mehānisko enerģiju un pēc tam to atbrīvot siltuma veidā," vietne "Live Science" citē Salcmanu.

Ja uz Zemes šādu ledu ārpus laboratorijām mums neredzēt, kur tāds varētu eksistēt dabā? Pētnieki uzskata, ka to varbūt iespējams sastapt uz ledainiem pavadoņiem, kas riņķo ap lielajām gāzu planētām. Šo milzīgo planētu gravitācijas spēki ledus masas uz pavadoņa varētu periodiski saspiest un stiept, pildot to pašu lomu, ko Salcmana eksperimentā tērauda lodītes. Pie attiecīgas temperatūras tad arī varētu veidoties šis vidēja blīvuma amorfais ledus.

Pētnieki spriež, ka šī varētu būt pirmā patiesi precīzā kopija šķidram ūdenim cietā agregātstāvoklī, līdzīgi kā stikls ir šķidra silīcija dioksīda cietais analogs. Tā kā nekas šim līdzīgs iepriekš nebija novērots, profesors Salcmans uzskata, ka jāpārskata līdzšinējie modeļi, kas prognozē ūdens "uzvedību" dažādos apstākļos, lai tie izskaidrotu arī vidēja blīvuma amorfa ledus eksistenci.