Již více než století vědci diskutují o jedinečném chování vody, zejména o jejích neobvyklých vlastnostech při nízkých teplotách. Nyní tým ze Stockholmské univerzity poskytl první experimentální důkaz o dlouho hypotetizovaném kritickém stavu v podchlazené vodě – stavu, ve kterém kapalina před zmrazením osciluje mezi dvěma různými molekulárními strukturami. Objev publikovaný v časopise Science 26. března by mohl způsobit revoluci v našem chápání role vody ve všem, od klimatu po biologii.
Hledání skrytého stavu vody
Voda není jako většina látek. Při nízkých teplotách a vysokém tlaku může existovat ve dvou různých kapalných fázích, z nichž každá váže molekuly jinak. Jak se teplota zvyšuje a tlak klesá, tyto fáze se spojují do jedné a vytvářejí nestabilní superkritický stav. Tato nestabilita se projevuje ve formě prudkých výkyvů – voda jakoby „nedokáže rozhodovat“ mezi svými kapalnými formami.
Výzkumníci použili ultrarychlé rentgenové lasery k sondování podchlazené vody předtím, než krystalizovala, a nakonec pozorovali tento přechod. Klíčový bod: pořizování snímků kapalin před zmrznutím, což bylo dříve nemožné. Kritický bod byl identifikován při přibližně -63 °C (-81 °F) a 1000 atmosférách.
Proč je to důležité
Podivné chování vody mátlo fyziky po celá desetiletí. Tento objev nepotvrzuje pouze teoretickou předpověď; vysvětluje, proč se voda chová tak odlišně od ostatních kapalin. Kritický bod je oblast extrémní nestability, která způsobuje oscilace, které se rozšiřují do normálních podmínek.
“Voda osciluje mezi dvěma kapalnými skupenstvími a jejich směsmi, jako by se nemohla rozhodnout. Právě tyto vibrace dávají vodě její neobvyklé vlastnosti.”
– Profesor Anders Nilsson, Stockholmská univerzita.
Studie také zjistila, že systém se zpomaluje, když se blíží ke kritickému bodu, téměř uvízne v nestabilním stavu – jev, který jeden z výzkumníků popsal jako „černou díru“.
Důsledky pro život a klima
Skutečnost, že voda je jedinou nadkritickou tekutinou v podmínkách vhodných pro život, nezůstala bez povšimnutí vědců. Je to náhoda nebo náznak něčeho hlubšího? Zjištění mají důsledky pro pochopení biologických systémů, geologických procesů a dynamiky klimatu.
“Další fází je pochopit důsledky těchto objevů pro význam vody ve fyzikálních, chemických, biologických, geologických a klimatických procesech. Velká výzva pro příštích několik let,” říká profesor Nilsson. Tento výzkum pokládá základy pro další výzkum toho, jak jedinečné vlastnosti vody utvářejí svět kolem nás.
Průlom týmu umožnil vývoj rentgenové laserové technologie, která jim umožnila pozorovat vodu v extrémních podmínkách, aniž by dovolila zamrznout. To potvrzuje, že kritický bod je skutečný a poskytuje nový základ pro pochopení fyziky vody.
