Wie had dit gedacht? Er zijn zeker twintig soorten ijs, en nummer 23 is werkelijk verbijsterend

Oké, ik leg mijn kaarten op tafel: ik vond ijs altijd nogal saai. Bevroren water? Waar moet dat over gaan? Maar de laatste tijd ben ik me aan het verdiepen in ijsonderzoek, en plotseling blijkt alles wat ik dacht te weten achterhaald. Er bestaat niet zoiets als één soort ijs. Er zijn er dozijnen. En nu hebben wetenschappers er weer eentje ontdekt die zo extreem is, dat je verbeelding tekortschiet.

Maak kennis met hexagonaal compact ijs, ofwel hcp-ijs. (Ja, de naamgeving kan beter.)

Wacht, er zijn dus verschillende soorten ijs?

Hier is het verbijsterende feit dat niemand je op school vertelt: als wetenschappers het over ijs hebben, denken ze meestal aan het goede oude 'Ijs I' — de hexagonale kristallen waaruit ijsklontjes in je glas bestaan. Maar onder verschillende druk- en temperatuuromstandigheden kan water zich rangschikken in kristalstructuren die er totaal anders uitzien.

Intussen hebben onderzoekers ijs varianten gecatalogiseerd van Ijs I helemaal tot Ijs XXII, en voor elk van deze vormen zijn de omstandigheden waarin ze ontstaan steeds krankzinniger. We hebben het over drukken die miljoenen keren hoger zijn dan wat je op het strand ervaart, en temperaturen waar je oven jaloers op zou worden.

De nieuwste telg in deze familie? Hcp-ijs, dat mogelijk officieel Ijs XXIII wordt als de wetenschappelijke wereld groen licht geeft. En eerlijk? Dit exemplaar is misschien wel het meest fascinerende van allemaal.

Wat maakt dit ijs zo bijzonder?

Probeer je een blok ijs voor te stellen. Lukt dat? Mooi, want gooi dat beeld nu maar weg, want hcp-ijs lijkt totaal niet op wat je in gedachten had.

Dit noemen we superionisch ijs, en het is werkelijk een van de meest bizarre stoffen waar ik ooit over las. Zo werkt het: in superionisch ijs vergrendelen de zuurstofatomen zich in een starre kristalstructuur — een beetje zoals de spijlen van een kooi. Maar de водstofatomen? Die kunnen naar believen rondstuiteren binnen die kooi, als hyperactieve kinderen op een verjaardagsfeestje.

Hier wordt het echt interessant: die ronddwalende водstofatomen dragen een elektrische lading. Dat betekent dat superionisch ijs niet zomaar een exotische curiositeit is — het geleidt in feite elektriciteit, net zoals een draad die stroom voert.

Wetenschappers hadden al decennialang theorieën over het bestaan van superionisch ijs voordat ze het in 2019 eindelijk in een laboratorium wisten te maken. Die eerste versie, nu Ijs XVIII genoemd, heeft zuurstofatomen gerangschikt in wat een kubisch vlakgecentreerd patroon (fcc) heet. Stel je voor als sinaasappels die je in een supermarkt stapelt — netjes en ordelijk.

Maar het nieuwe hcp-ijs dat onderzoeker Forestier en zijn team ontdekten? Dat heeft een hexagonale rangschikking, en dat is totaal anders. En het ontstaat wanneer je de omstandigheden nog verder opvoert, met drukken tot bijna 2 miljoen keer de atmosferische druk op zeeniveau, en temperaturen rond 2.630 Kelvin (zo'n 4.280 graden Fahrenheit — heet genoeg om veel staalsoorten te laten smelten).

Hoe hebben ze dit in vredesnaam ontdekt?

Ik vind het heerlijk om me voor te stellen hoe dit experiment in elkaar zat. Het team van de Franse Commissie voor Atoomenergie en Alternatieve Energies (CEA) klemde minuscuul kleine watermonsters vast tussen twee diamanten puntjes — alsof je een druppel samendrukt tussen de twee hardste materialen op aarde.

Ze gebruikten laserabsorberende diamantlagen en bestookten de monsters met krachtige röntgenstralen bij een faciliteit in Grenoble, Frankrijk. Vervolgens draaiden ze gewoon... de warmte en druk verder op. En keken wat er gebeurde.

Bij lagere drukken zagen ze het verwachte fcc-superionische ijs ontstaan. Maar naarmate ze verder gingen — we hebben het over drukken boven 200 gigapascal — begon de hcp-structuur de overhand te krijgen. Tegen het einde van het experiment was het hcp-ijs volledig dominant, met die fcc-pieken die vrijwel waren verdwenen.

Het is alsof je een wetenschappelijke transformatie in real-time kunt gadeslaan, en eerlijk? Dat klinkt als een van de meest boeiende experimenten die je je kunt voorstellen.

Waarom zou je je druk maken over een fancy ijssoort?

Hier wordt het pas echt opwindend (tenminste, voor ruimtefanaten zoals ik): deze ontdekking kan helpen verklaren wat er aan de hand is met de buitenste regionen van ons zonnestelsel.

Uranus en Neptune heten de 'ijskernen', maar beeld je ze niet uit als bevroren planeten. Diep in deze werelden bestaan water, ammoniak en methaan als ongelooflijk hete, dichte vloeistoffen — wat astronomen simpelweg 'ijs' noemen omdat ze onder extreme omstandigheden vergelijkbaar gedrag vertonen.

Toen Voyager 2 decennia geleden langs deze planeten vloog, mat het iets vreemds: hun magnetische velden zijn hopeloos in de war. Het magnetische veld van de aarde is redelijk uitgelijnd met de draaias van onze planeet. Maar Uranus en Neptune? Hun magnetische velden zijn onder bizarre hoeken gekanteld en asymmetrisch op een manier die niet past bij wat we op grond van hun binnenkant zouden verwachten.

Wetenschappers vermoeden al lang dat een dunne laag elektrisch geleidende vloeistof ergens in deze planeten die vreemde velden opwekt. En superionisch ijs? Dat wordt gezien als de meest waarschijnlijke verdachte voor wat zich rond die laag bevindt.

De nieuwe hcp-ijs-ontdekking is extra intrigerend omdat het zich lijkt te vormen onder nog diepere, extremere omstandigheden dan fcc-ijs. Dat betekent dat diep in deze ijsreuzen hcp-ijs wel eens de overheersende vorm zou kunnen zijn — wat de manier waarop wetenschappers het inwendige van deze verre werelden modelleren volledig kan veranderen.

Zoals de onderzoekers zelf zeggen: deze ontdekking "kan belangrijke gevolgen hebben voor de gelaagdheid en dynamiek van hun superionische mantels."

Het universum blijft maar vreemder worden

Ik weet niet hoe het met jou zit, maar ik vind ontdekkingen als deze diep bevredigend. We catalogueren het universum niet langer alleen — we begrijpen de nuances, de lagen, de verborgen complexiteit ervan.

Enkele decennia geleden wisten we niet eens dat superionisch ijs bestond. Nu ontdekken we dat er verschillende varianten van bestaan, en dat deze varianten mogelijk het gedrag van hele planeten op miljarden kilometers afstand kunnen vormen.

Elke keer als ik over ontdekkingen zoals hcp-ijs lees, word ik eraan herinnerd dat het universum niet alleen vreemder is dan we ons kunnen voorstellen — het is waarschijnlijk vreemder dan we kunnen bevatten. En dat is toch prachtig, of niet?

De volgende keer dat je jezelf een glas water inschenkt met gewoon oud Ijs I, neem dan even de tijd om te waarderen dat ergens daarbuiten water zou kunnen bestaan in vormen die je vriezer doen verbleken tot een woestijn.

Bron: https://www.popularmechanics.com/science/a73780491/new-ice-neptune