Od początku XX wieku badacze odkryli już ponad 20 różnych odmian lodu. Każda z nich różni się układem cząsteczek wody i powstaje w innych warunkach temperatury oraz ciśnienia. Istnieje nawet tzw. gorący lód, który może utrzymywać strukturę stałą mimo temperatur liczonych w tysiącach stopni, a także lód przewodzący prąd elektryczny. W praktyce oznacza to, iż H2O jest znacznie bardziej egzotyczną substancją, niż mogłoby się wydawać.
Czytaj też: Ceny miedzi wreszcie spadną? Opracowali unikalny materiał na ich zastąpienie
Nowe odkrycia dotyczą faz nazwanych lodem XXI oraz XXII. Pierwszą z nich naukowcy zauważyli już w 2018 roku podczas eksperymentów prowadzonych w Korei Południowej. Woda była ściskana pomiędzy diamentami pod ogromnym ciśnieniem, a następnie obserwowano jej przemiany za pomocą ultrakrótkich impulsów promieniowania rentgenowskiego. W pewnym momencie badacze zauważyli tajemniczy stan przejściowy, którego nie potrafili wyjaśnić. Dopiero kilka lat później, dzięki wykorzystaniu europejskiego lasera rentgenowskiego XFEL, udało się dokładnie zobaczyć strukturę nowej formy lodu.
Okazało się, że XXI posiada niezwykle rozbudowaną strukturę krystaliczną. Jej podstawowa jednostka powtarzalna składa się aż ze 152 cząsteczek wody. To ogromna liczba jak na kryształ lodu. Jeszcze bardziej zaskakujące było odkrycie kolejnej odmiany, czyli XXII, której struktura obejmuje aż 304 cząsteczki. To obecnie jeden z najbardziej skomplikowanych znanych układów molekularnych wśród wszystkich odmian lodu.
Badacze podkreślają, że nowe formy lodu pojawiają się jedynie w ekstremalnych warunkach ciśnienia i istnieją bardzo krótko. Na Ziemi praktycznie nie występują naturalnie. Możliwe jednak, iż są powszechne we wnętrzach lodowych księżyców oraz planet Układu Słonecznego. Naukowcy podejrzewają, że podobne struktury mogą znajdować się głęboko pod powierzchnią Europy, Ganimedesa czy Enceladusa, gdzie ciśnienie osiąga gigantyczne wartości.
Czytaj też: Użyli plazmy, by wznieść fizykę na nieosiągalny do tej pory poziom
Dokonane odkrycia mają ogromne znaczenie dla planetologii. Nietypowe odmiany lodu mogą wpływać na przewodnictwo cieplne i elektryczne wnętrz planet, a nawet tłumaczyć zagadkowe pola magnetyczne Urana oraz Neptuna. W przypadku lodu superjonowego naukowcy uważają wręcz, że może on być najpowszechniejszą formą wody we wszechświecie. Dla mnie nawet bardziej fascynujące wydaje się coś jeszcze: symulacje komputerowe sugerują, że odkryte dotąd odmiany lodu mogą być jedynie początkiem. Według fizyków istnieją dziesiątki tysięcy potencjalnych struktur krystalicznych wody, które czekają na odkrycie. Rozwój technologii laserowych i metod obserwacji materii pod ekstremalnym ciśnieniem powinny ujawnić ich realną liczbę.
Źródło: Quanta Magazine
