Ice 19: Επιστήμονες ανακάλυψαν την 19η μορφή του πάγου

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν την 19η μορφή του πάγου. Πρόκειται για μία σπουδαία ανακάλυψη που μέλλει να φέρει στο φως περισσότερες πληροφορίες για άλλες μορφές πάγου που μπορεί να υπάρχουν βαθιά κάτω από τη Γη αλλά και σε παγωμένους πλανήτες και φεγγάρια.

Ο «πάγος ΧΙΧ» έχει σχηματιστεί αποκλειστικά σε εργαστηριακά πειράματα και πρόκειται για «εξωτικούς» κρυστάλλους πάγου με τέσσερις πλευρές, οι οποίες έχουν σχηματιστεί σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και εξαιρετικά μεγάλες συνθήκες πίεσης.

«Για να δώσεις όνομα σε μια νέα μορφή πάγου, πρέπει να εξακριβώσεις την δομή των κρυστάλλων του», αναφέρει ο επικεφαλής ερευνητής Τόμας Λέρτινγκ, καθηγητής Φυσικής Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Ινσμπεργκ της Αυστρίας. Εξήγησε ότι πρέπει να προσδιοριστεί η επαναλαμβανόμενη δομή του κρυστάλλου, που είναι τοποθετημένα όλα τα άτομα και ποια είναι η συμμετρία της κρυσταλλικής δομής.

«Μόνο όταν γνωρίζεις όλα αυτά, επιτρέπετε να ονομάσεις τον πάγο σου. “Πάγος XIX” είναι πλέον το όνομα για αυτή τη νέα φάση του πάγου που ανακαλύψαμε», εξηγεί σε ηλεκτρονική του επιστολή στο Live Science.

Το επιστημονικό άρθρο του Λέρτινγκ και των συναδέλφων του σχετικά με τη νέα μορφή πάγου δημοσιεύθηκε στις 18 Φεβρουαρίου στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications, μαζί με μελέτη Ιαπώνων ερευνητών που επιβεβαιώνουν την ανακάλυψη.

Άπαντες γνωρίζουν την όμορφη μορφή των χιονονιφάδων με τις έξι πλευρές, που αντικατοπτρίζει την εξάγωνη διάταξη των ατόμων του οξυγόνου στους κρυστάλλους του πάγου ύδατος. Αλλά οι κοινοί εξάπλευροι κρύσταλλοι του πάγου, ο «πάγος Ι», είναι στην πραγματικότητα μια από τις πολλές μορφές του, γνωστές ως πολύμορφα. Έως πρόσφατα 18 διαφορετικά πολύμορφα πάγου νερού είχαν επίσημα εξακριβωθεί, παρότι στη Γη έχει εντοπιστεί μόνο εξάπλευρος πάγος. Μπορεί ο πάγος να ακούγεται ως κάτι απλό αλλά είναι αρκετά σύνθετο. Για παράδειγμα μόνο τα άτομα του οξυγόνου στα μόρια του νερού με τους εξάπλευρους κρυστάλλους σχηματίζουν εξάγωνο σχήμα, ενώ τα υδρογόνα άτομα είναι τυχαία τοποθετημένα γύρω τους. Αυτό καθιστά «άτακτο» τον «πάγο Ι» στην ορολογία του πάγου. Μια από τις ιδιότητες τέτοιων άτακτων πάγων είναι ότι μπορούν να αλλάξουν μορφή υπό πίεση. «Γι’ αυτό τον λόγο ρέουν οι παγετώνες» εξήγησε ο Λέρτινγκ.

Αντίθετα τα άτομα υδρογόνου σε αρκετά άλλα πολύμορφα πάγου έχουν τα δικά τους κρυσταλλικά μοτίβα και ονομάζονται «hydrogen-ordered» ή «H-ordered» δηλαδή ταξινομημένα υδρογόνα. Σε αντίθεση με τους άτακτους πάγους, τα «H-ordered» δεν παραμορφώνονται αλλά είναι εύθραυστοι και θρυμματίζονται.

Συνεπώς η νέα, 19η μορφή πάγου που ανακαλύφθηκε ανήκει στην κατηγορία των H-ordered. Στην πραγματικότητα είναι μια μορφή H-ordered ενός «άτακτου» πάγου, που ονομάζεται «πάγος VI», με μια τυχαία διάταξη των ατόμων του υδρογόνου. Ο «πάγος VI», έχει μια επιπλέον H-ordered πολυμορφία, τον «πάγο XV» στην οποία τα άτομα του υδρογόνου είναι στοιχισμένα σε ένα εντελώς διαφορετικό μοτίβο.

Οι πάγοι VI, XV και XIX, έχουν παρόμοια πυκνότητα, επειδή έχουν το ίδιο είδος δικτύου στα άτομα του οξυγόνου τους, αλλά διαφέρουν ως προς τις θέσεις των ατόμων του υδρογόνου, εξηγεί ο καθηγητής.

«Είναι η πρώτη φορά που ανακαλύπτεται μια τέτοια σχέση μεταξύ πολύμορφων πάγων και μπορεί να επιτρέψει να γίνουν πειράματα για τη μελέτη των μεταβάσεων από τη μια μορφή σε άλλη», σημείωσε.

Η ομάδα του Λέρτινγκ έφτιαξε για πρώτη φορά τον «πάγο XIX» πριν από τρία χρόνια, επιβραδύνοντας τη διαδικασία ψύξης του «πάγου XV» σε περίπου -170 βαθμούς Κελσίου και αυξάνοντας κατά πολύ την πίεση σε περίπου 2 Γιγαπασκάλ.

Χρειάστηκε ωστόσο χρόνος για να ξεκλειδώσουν την κρυσταλλική του δομή μελετώντας μια διαδικασία που ονομάζεται περίθλαση νετρονίων, που αποκάλυψε την ατομική δομή του υλικού.

Ο Λέρτινγκ εξήγησε ότι η αποκωδικοποίηση της δομής του πάγου είναι σημαντική γιατί συμβάλει στην την κατανόηση ουράνιων σωμάτων, όπως είναι οι παγωμένοι γίγαντες Ουρανός και Ποσειδώνας αλλά και τα παγωμένα φεγγάρια του Δία, μεταξύ των οποίων η Ευρώπη, η Ιώ και ο Γανυμήδης.

«Έχει μεγάλο ενδιαφέρον στην αστροφυσική να γνωρίζουμε την πυκνότητα και τις ιδιότητες των μορφών του πάγου για να κατανοήσουμε τη συμπεριφορά των παγωμένων μανδυών ή των παγωμένων πυρήνων αυτών των ουράνιων σωμάτων», τόνισε.