Lód to nie tylko zamrożona woda. Naukowcy właśnie odkryli coś, co zmienia wszystko

Przyznaję się bez bicia: przez lata uważałem lód za absolutnie najnudniejszą rzecz na świecie. Zamrożona woda? Wielkiehalo. Ale zaczynamy się znać na tym temacie zupełnie inaczej, niż myślałem. Okazuje się, że lodu nie ma tylko jeden rodzaj. Jest ichDZIESIĄTKI. A teraz naukowcy właśnie odkryli kolejny — tak ekstremalny, że ciężko w to uwierzyć.

Poznajcie lod sześciokątnie upakowany, w skrócie hcp ice. (Nazewnictwo mogłoby być lepsze, przyznaję.)

Zaraz, są różne rodzaje lodu?

Oto co nas w szkole nigdy nie uczyli: kiedy naukowcy mówią o lodzie, zwykle myślą o dobrym, starym „Lodzie I" — tych sześciokątnych kryształach, które znajdziesz w swojej szklance. Ale pod wpływem różnej temperatury i ciśnienia, cząsteczki wody układają się w struktury krystaliczne, które wyglądają zupełnie inaczej.

Do tej pory naukowcy skatalogowali lody od I aż do XXII. Każdy z nich powstaje w warunkach coraz bardziej zwariowanych. Mówimy o ciśnieniach miliony razy wyższych niż to, które odczuwasz na plaży. I temperaturach, które sprawiłyby, że twoje piekarnik wydawałby się chłodny.

Najnowszy gracz? Właśnie hcp ice, który prawdopodobnie oficjalnie dostanie numer XXIII, jeśli społeczność naukowa da mu zielone światło. I szczerze? Ten może być najbardziej fascynujący ze wszystkich.

Co ten lód ma takiego wyjątkowego?

Wyobraź sobie kostkę lodu. Masz ten obraz? Teraz zapomnij o nim, bo hcp ice nie ma nic wspólnego z tym, co sobie wyobrażałeś.

To tak zwany nadjonowy lód — jedna z najbardziej niewiarygodnych substancji, o jakich czytałem. Działa to tak: w nadjonowym lodzie atomy tlenu zamykają się w sztywnej strukturze krystalicznej. Trochę jak kraty więziennej klatki. Ale atomy wodoru? Te swobodnie podskakują sobie w środku tej klatki jak rozkręcone dzieciaki na przyjęciu urodzinowym.

Tu zaczyna się prawdziwa jazda: te wędrujące atomy wodoru przenoszą ładunek elektryczny. Czyli nadjonowy lód to nie jest żadna egzotyczna ciekawostka — to przewodnik. Tak jak drut, przez który płynie prąd.

Naukowcy teoretyzowali, że taki lód istnieje, przez dziesięciolecia. Udało im się go wreszcie stworzyć w laboratorium dopiero w 2019 roku. Ta pierwsza wersja, nazwana Lodem XVIII, ma tlen ułożony w strukturze nazywanej „płasko centered cubic" (fcc). Wyobraź sobie stosowanie pomarańczy w sklepie — ładnie, porządnie.

Ale nowy lód hcp, odkryty przez zespół Forestiera? Ma układ sześciokątny, zupełnie inny. I powstaje, gdy warunki stają się jeszcze bardziej ekstremalne. Ciśnienie rośnie do prawie 2 milionów razy większego niż ciśnienie atmosferyczne Ziemi na poziomie morza. Temperatura? Około 2630 Kelvinów, czyli jakieś 2400 stopni Celsjusza. Gorąco enough to melt many types of steel.

Jak to w ogóle znaleziono?

Uwielbiam wyobrażać sobie ten eksperyment. Zespół z francuskiej Komisji Energii Atomowej i Energii Alternatywnych (CEA) umieścił mikroskopijne próbki wody między dwoma diamentami. Jakby ściskać kroplę wody między dwoma najtwardszymi materiałami na Ziemi.

Użyli warstw diamentów pochłaniających laser i badali próbki wiązkami rentgenowskimi w ośrodku w Grenoble. Potem po prostu... zwiększali temperaturę i ciśnienie. I obserwowali.

Przy niższym ciśnieniu widzieli oczekiwany nadjonowy lód fcc. Ale gdy przekroczyli 200 gigapaskali — zaczęła pojawiać się struktura hcp. Pod koniec eksperymentu lód hcp całkowicie dominował, a charakterystyczne sygnały fcc niemal całkowicie zanikły.

To jak oglądanie naukowej przemiany w czasie rzeczywistym. Brzmi jak jeden z najfajniejszych eksperymentów, jakie można sobie wyobrazić.

Dlaczego w ogóle powinno cię to obchodzić?

A tu robi się naprawdę interesująco — przynajmniej dla fanów kosmosu takich jak ja. To odkrycie może wyjaśnić tajemnice zewnętrznych rejonów Układu Słonecznego.

Uran i Neptun nazywane są „ lodowymi olbrzymami", ale nie wyobrażaj sobie ich jako zamrożonych planet. Głęboko w ich wnętrzach woda, amoniak i metan istnieją jako niesamowicie gorące, gęste płyny. Astronomi nazywają je mimochodem „lodami", bo pod ekstremalnym ciśnieniem zachowują się podobnie.

Kiedy Voyager 2 minął te planety dekady temu, zmierzył coś dziwnego: ich pola magnetyczne są całkowicie rozregulowane. Ziemskie pole magnetyczne jest mniej więcej zgodne z osią obrotu planety. Ale Uran i Neptun? Ich pola magnetyczne są nachylone pod szalonymi kątami i asymetryczne w sposób, który nie pasuje do tego, czego oczekiwalibyśmy od ich wnętrza.

Naukowcy od dawna podejrzewali, że gdzieś w tych planetach cienka warstwa elektrycznie przewodzącego płynu generuje te dziwne pola. I nadjonowy lód? Coraz bardziej wygląda na głównego podejrzanego.

Nowe odkrycie hcp jest szczególnie interesujące, bo ten rodzaj lodu powstaje w jeszcze głębszych, bardziej ekstremalnych warunkach niż lód fcc. To znaczy, że głęboko w lodowych olbrzymach to właśnie lód hcp może być dominującą formą. A to kompletnie zmienia sposób, w jaki naukowcy modelują wnętrza tych odległych światów.

Jak ujęli to sami badacze, to odkrycie „może mieć istotne konsekwencje dla stratyfikacji i dynamiki ich nadjonowych płaszczy."

Wszechświat wciąż staje się dziwniejszy

Nie wiem jak ty, ale ja znajduję coś głęboko satysfakcjonującego w takich odkryciach. Nie tylko katalogujemy już wszechświat — rozumiemy jego niuanse, warstwy, ukryte złożoności.

Kilka dekad temu nie wiedzieliśmy nawet, że nadjonowy lód istnieje. Teraz odkrywamy, że jest wiele jego odmian. I że te odmiany mogą kształtować zachowanie całych planet oddalonych o miliardy kilometrów.

Za każdym razem, gdy czytam o odkryciach takich jak lód hcp, przypominam sobie, że wszechświat jest nie tylko dziwniejszy, niż sobie wyobrażamy — prawdopodobnie jest dziwniejszy, niż w ogóle potrafimy sobie wyobrazić. I czy to nie jest wspaniałe?

Następnym razem, gdy nalewasz sobie szklankę wody z zwykłym, starym Lodem I, poświęć chwilę na docenienie faktu, że gdzieś tam w kosmosie woda może istnieć w formach, które sprawiłyby, że twoja zamrażarka wyglądałaby jak pustynia.