Naukowcy stworzyli nowy rodzaj lodu, który może istnieć na odległych księżycach

„Amorficzne” ciało stałe jest gęstsze i może być „zamrożoną w czasie” wodą.
Mielenie zwykłego lodu za pomocą stalowych kulek zakłóciło jego krystaliczną strukturę i doprowadziło do powstania nowej, gęstszej wersji stałej wody. 
Naukowcy stworzyli nowy rodzaj lodu, który odpowiada gęstości i strukturze wody, być może otwierając drzwi do badania tajemniczych właściwości wody.
„Może to być płynna woda zamrożona w czasie”, mówi Martin Chaplin, specjalista od struktury wody z London South Bank University, który nie był zaangażowany w prace. „To może być bardzo ważne”.

Lód nazywany jest amorficznym lodem o średniej gęstości. Zespół, który go stworzył, kierowany przez Alexandra Rosu-Finsena z University College London (UCL), wstrząsał zwykłym lodem w małym pojemniku z centymetrowymi kulkami ze stali nierdzewnej w temperaturze –200˚C, aby stworzyć wariant, który nigdy wcześniej widziano wcześniej. Lód wyglądał jak biały, ziarnisty proszek, który przylgnął do metalowych kulek. Odkrycia opublikowano dzisiaj w Science.

Przypadkowe cząsteczki

Zwykle, gdy woda zamarza, krystalizuje, a jej cząsteczki układają się w znajomą sześciokątną, stałą strukturę, którą nazywamy lodem. Lód jest mniej gęsty niż jego płynna postać — niezwykła właściwość kryształu. W zależności od warunków, takich jak ciśnienie i szybkość zamarzania, woda może również zestalać się w dowolnym z dwudziestu innych regularnych układów. Lód amorficzny jest inny: nie ma takiego porządku. „Masz wiele
cząsteczek, które łączą się przypadkowo”, mówi Chaplin.
Wcześniej odkryto dwa rodzaje amorficznego lodu, oba w XX wieku. Lód amorficzny „małej gęstości” powstaje w wyniku zamarzania pary wodnej na bardzo zimną powierzchnię w temperaturze niższej niż –150 ˚C; amorficzny lód o „wysokiej gęstości” tworzy się poprzez ściskanie zwykłego lodu w podobnych temperaturach pod wysokim ciśnieniem. Chociaż żaden typ nie jest powszechny na Ziemi, oba są obfite w kosmosie. „Komety to duże kawałki
amorficznego lodu o niskiej gęstości” – mówi Christoph Salzmann, chemik z UCL i współautor najnowszej pracy.
Zespół użył młyna kulowego, narzędzia zwykle używanego do mielenia lub mieszania materiałów w przetwarzaniu minerałów, do mielenia skrystalizowanego lodu. Używając pojemnika z metalowymi kulkami w środku, wstrząsali niewielką ilością lodu około 20 razy
na sekundę. Metalowe kulki wytwarzały „siłę ścinającą” na lodzie, mówi Salzmann, rozkładając go na biały proszek.
Wystrzeliwanie promieni rentgenowskich na proszek i mierzenie ich odbicia – proces znany jako dyfrakcja rentgenowska – pozwolił zespołowi opracować jego strukturę. Lód miał gęstość cząsteczkową podobną do gęstości ciekłej wody, bez widocznej uporządkowanej struktury cząsteczek – co oznacza, że ​​krystaliczność została „zniszczona”, mówi Salzmann. „Patrzycie na bardzo nieuporządkowany materiał”.
Wyniki są „całkiem przekonujące”, mówi Marius Millot, fizyk z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii. „To doskonały przykład tego, jak wciąż mamy wiele do zrozumienia z wodą”.
Wyniki pasowały do ​​​​modeli stworzonych przez naukowców z zespołu z University of Cambridge w Wielkiej Brytanii, przewidujących, co by się stało, gdyby zwykły lód został rozbity w ten sposób. Nie jest jednak jasne, czy powstały proszek naprawdę odpowiada właściwościom wody w stanie ciekłym, biorąc pod uwagę, że był wcześniej zamrożony jako skrystalizowany lód. Badanie to będzie wymagało dalszych prac.

Duże implikacje

Jeśli zostanie to potwierdzone, nowa forma lodu mogłaby umożliwić badania wody w sposób, który wcześniej nie był możliwy. „Woda w stanie ciekłym to dziwny materiał” — mówi Chaplin. „Wciąż nie wiemy o nim tyle, ile byśmy chcieli”. Na przykład powszechnie uważa się, że woda składa się z dwóch form, wody o małej i dużej gęstości, co odpowiada znanym wcześniej wariantom lodu amorficznego. Odkrycie amorficznego lodu o średniej gęstości
może podważyć ten pomysł 
Alexander Rosu-Finsen, Christoph Salzmann

Płyty lodowe na powierzchni Enceladusa ocierają się o siebie pod wpływem sił pływowych, gdy księżyc krąży wokół Saturna. Gęstszy, „amorficzny” lód może
tworzyć się na ich granicach.
„Jeśli amorficzny lód o średniej gęstości jest naprawdę połączony z wodą w stanie ciekłym, oznaczałoby to, że ten model jest nieprawidłowy” – mówi Salzmann. „To może otworzyć nowy rozdział w badaniach nad lodem”.
Istnieją również implikacje dla zrozumienia innych światów. Niektóre księżyce w naszym Układzie Słonecznym, takie jak księżyc Jowisza Europa i księżyc Saturna Enceladus, mają lodowe powierzchnie. Gdyby dwa lodowe obszary na takim księżycu ocierały się o siebie z powodu sił pływowych, mogłyby wytworzyć między sobą amorficzny lód o średniej gęstości w tym samym procesie ścinania, którego użyli naukowcy.
Wzrost gęstości może spowodować powstanie szczelin w powierzchni, powodując zakłócenia na księżycach, gdy lód pęka. „Nastąpiłoby ogromne zawalenie się lodu” – mówi Salzmann. „Może to mieć poważne implikacje dla geofizyki lodowych księżyców”.
To z kolei może mieć wpływ na potencjalną zdolność do zamieszkania oceanów płynnej wody, które leżą pod powierzchnią lodu na tych księżycach. „Jedną z kluczowych rzeczy na temat tych księżyców jest to, czy istnieje interfejs między ciekłą wodą a skałami – to właśnie tam może pojawić się życie” – mówi Millot. „Lód amorficzny może odgrywać rolę, którą musimy zrozumieć”.