Vesi reagoi erittäin epätavallisen hyvin alhaisiin lämpötiloihin. Aloitetaan siitä, että vettä jäähtyessään logiikan vastaisesti ei kutistu, vaan se laajenee (siksi jään kelluvuus on ominaisuus). Kylmä vesi on vähemmän puristuvaa kuin kuuma vesi. Lisäksi vesimolekyylit voivat jäätyessään muuttaa asemansa kaikilla mahdollisilla tavoilla.
Kaikki tämä on vaikea löytää selitystä, ja olemassa olevat teoriat aiheuttavat kiihkeitä kiistoja tiedepiireissä. Yksi niistä muotoiltiin melkein kolme vuosikymmentä sitten ja oli, että jäävettä voi olla kahdessa eri nestemäisessä muodossa, joista toisella on vähemmän tiheä rakenne. Toisin sanoen, on olemassa kahden tyyppistä vettä, joista kukin on erillinen neste. Tätä teoriaa on vaikea todistaa laboratoriossa, mutta italialaiset tutkijat ovat onnistuneet löytämään todisteita sen puolustamiseksi. Tutkimus julkaistiin äskettäin Science-lehdessä.
Rooman Princetonin yliopiston tutkijat Pablo Debenedetti ja Gul H. Zerze sekä Rooman La Sapienzan Francesco Shortico ehdottivat, että "veden toinen kriittinen piste" tapahtuu lämpötiloissa -83-100 astetta ja ilmanpaineissa melkein 2000 kertaa korkeammat. kuin paine merenpinnan yläpuolella. Kriittinen piste on ainoa lämpötila- ja painearvo, jossa aineen kaksi vaihetta eroavat toisistaan, ja tämä tapahtuu juuri ennen aineen siirtymistä vaiheesta toiseen. Esimerkiksi vedellä on tunnettu kriittinen kohta nesteestä höyryyn siirtymisessä.
"Kuvittele vain ilomme, kun näimme, että kriittiset vaihtelut etenevät juuri niin kuin odotimme, - selittää Sortino, - nyt voin nukkua rauhallisesti, koska 25 vuoden jälkeen ideani on vihdoinkin löytänyt varmistuksen."
Tähän saakka kokeet, joissa käytetään todellisia vesimolekyylejä toisen "jäähtyvän" veden kriittisen pisteen testaamiseen, eivät voineet antaa yksiselitteistä näyttöä sen olemassaolosta. Tämä johtuu suurelta osin siitä, että jäinen vesi muuttuu yleensä jääksi, Debenedetti sanoi.
Tästä syystä tutkijat päättivät turvautua tietokonemallien käyttöön. Prosessi on todella työläs: huolimatta nykyaikaisten supertietokoneiden suuresta voimasta, tutkijat viettivät 18 kuukautta tekemällä tarvittavat laskelmat mallien luomiseksi.
Simulaatioissa, kun lämpötila oli vielä kaukana jäätymispisteestä, veden tiheys alkoi vaihdella suuresti. Tämän seurauksena tutkijat onnistuivat löytämään kriittisen pisteen, jota he etsivät kahdessa erilaisessa veden tietokonemallissa. Samalla veden kriittisen pisteen löytämiseksi molemmissa malleissa käytettiin erilaisia laskennallisia lähestymistapoja.
Kuten siirryttäessä nestemäisestä faasista kaasufaasiin, jäävesi voi muuttua kahteen eri vaiheeseen riippuen siitä, kuinka sen molekyylit järjestetään uudelleen. Siten matalatiheyksisessä nesteessä neljä molekyyliä on ryhmitelty keskimolekyylin ympärille tetraedron muodostamiseksi. Kuitenkin nesteessä, jonka tiheys on suurempi, kuudes molekyyli tulee peliin, mikä johtaa sen tiheyden lisääntymiseen.
Mainosvideo:
Tutkijat kirjoittavat artikkelissaan, että "laskennallisten kykyjemme rajoissa on osoitettu metastabiilin kriittisen pisteen olemassaolo vesimolekyylien syvän jäähtymisen vaiheessa".
Tietysti nyt tämä johtopäätös on vahvistettava muilla kokeilla, "käyttämällä tarkempia ja kalliimpia laskentamenetelmiä".