წყლის ყველა ყინული ერთნაირი არ არის. შიგნით, მოლეკულების განლაგება მნიშვნელოვნად ცვალებადია, რაც იმ წნევასა და ტემპერატურაზეა დამოკიდებული, რომელშიც ის წარმოიქმნება.
ჩვენთვის ცნობილია ყინულის ამ სხვადასხვა ფაზებიდან 18; ზოგი ბუნებრივად ხდება, ზოგიც მხოლოდ ლაბორატორიულ გარემოში ფიქსირდება.
სამი წლის წინ, მკვლევართა ჯგუფმა ყინულის ერთ-ერთი არსებული სტრუქტურა შეცვალა და ე. წ. ყინული β-XV-ედ გარდაქმნა. ამჯერად, ამ ჯგუფის წევრებმა მისი ზუსტი კრისტალური სტრუქტურა განსაზღვრა და პასუხი გასცა კითხვებს მისი წარმოქმნის შესახებ და მას ყინული XIX უწოდა.
ეს აღმოჩენა დაგვეხმარება უკეთესად გავიგოთ, როგორ წარმოიქმნება და იქცევა ყინული დედამიწის მიღმა, ჩვენი პლანეტისგან ძალიან განსხვავებულ გარემოში.
ყინული, რომელსაც მაცივარში ან ციდან ჩამოცვენილი ფიფქებისა თუ სეტყვის სახით ხედავთ, დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული ბუნებრივი ყინულია. მას ყინული I-ს უწოდებენ და მისი ჟანგბადის ატომები ექვსკუთხა ბადის სახით არის განლაგებული. თუმცა, სტრუქტურა გეომეტრიულად მოშლილია, უფრო მოუწესრიგებელი წყალბადის ატომებით.
როდესაც ყინული I გარკვეულწილად ცივდება, გარდა ჟანგბადის ატომების, წყალბადის ატომებიც შეიძლება პერიოდულად მოწესრიგდეს. სწორედ ასე ქმნიან მეცნიერები ლაბორატორიაში ყინულის სხვადასხვა ფაზებს, რომლებსაც გაცილებით უფრო მოწესრიგებული კრისტალური მოლეკულური ბადე აქვთ, ვიდრე მათ მოუწესრიგებელ მშობელ ფორმებს.
ავსტრიის ინსბრუკის უნივერსიტეტის ფიზიკურ ქიმიკოსთა ჯგუფი გარკვეული ხნის მანძილზე მუშაობდა ყინული VI-ის ფაზაზე. ეს გახლავთ ყინულის ერთ-ერთი ფორმა, რომელიც ბუნებაშიც გვხვდება, მაგრამ მხოლოდ ძალიან მაღალი წნევის ქვეშ, 10 000-ჯერ უფრო მაღალზე, ვიდრე ატმოსფერული წნევა ზღვის დონეზეა (დაახლოებით 1 გიგაპასკალი), მაგალითად, დედამიწის მანტიაში ან სატურნის მთვარე ტიტანის ბირთვის გარშემო.
ყინული I-ის მსგავსად, ყინული VI-ც შედარებით მოუწესრიგებელია. მისი წყალბადმოწესრიგებული ფორმა, ანუ ყინული XV, მხოლოდ ათი წლის წინღა აღმოაჩინეს. მისი შექმნა მოხერხდა ყინულის გაციებით -143 გრადუს ცელსიუსზე, დაახლოებით 1 გიგაპასკალი წნევის ქვეშ.
რამდენიმე წლის წინ, ამ პროცესის შეცვლით მკვლევრებმა ყინულის კიდევ ერთი ფაზა შექმნეს. მათ გაციება შეანელეს და -143 გრადუს ცელსიუსზე დაბლა მოათავსეს, წნევა კი 2 გიგაპასკალამდე გაზარდეს. ამან წარმოქმნა წყალბადის მოლეკულების მეორენაირი განლაგება, რაც ყინული XV-ისგან განსხვავდებოდა და რომელსაც ყინული β-XV უწოდეს.
იმის დადასტურება, რომ ეს ყინულის სხვა ფაზა იყო, კიდევ ერთ ცალკე სირთულეს წარმოადგენდა და საჭიროებდა ჩვეულებრივი წყლის ჩანაცვლებას „მძიმე“ წყლით. ნორმალურ წყალბადს ბირთვში ნეიტრონები არ აქვს. მეორე მხრივ, მძიმე წყალი ეფუძნება დეიტერიუმს, წყალბადის ფორმას, რომელსაც ბირთვში ერთი ნეიტრონი აქვს.
იმისათვის, რათა კრისტალურ ბადეში ატომების განლაგება გაერკვიათ, მეცნიერებს ბირთვიდან ნეიტრონების გაფანტვა სჭირდებოდათ და შესაბამისად, ნორმალური წყალბადის ატომები ამისათვის არ გამოადგებოდათ.
„სამწუხაროდ, ეს ასევე ცვლის ატომთა მოწესრიგების ვადებს ყინულის წარმოქმნის პროცესში“, — ამბობს ინსბრუკის უნივერსიტეტის ფიზიკური ქიმიკოსი თომას ლორტინგი.
თუმცა, დოქტორანტ ტობიას გასერს გადამწყვეტი იდეა დაებადა — მძიმე წყლისთვის დაემატებინათ მცირე ოდენობის ნორმალური წყალი, რამაც მოწყობა წარმოუდგენლად დააჩქარა.
შედეგად, მკვლევართა ჯგუფმა შეძლო მიეღო ის მონაცემები ნეიტრონების შესახებ, რაც მათ კრისტალური სტრუქტურის შეკვრისთვის სჭირდებოდათ. როგორც ფიქრობდნენ, ის ყინული XV-ისგან განსხვავდებოდა და ოფიციალურად წარმოადგენდა მე-19 ცნობილ ფაზას, ყინული XIX-ს.
შედეგად კი მივიღეთ „დედმამიშვილ“ ფაზათა წყვილი — ჩვენთვის ცნობილი პირველი, რომელსაც ჟანგბადის იგივე ბადის სტრუქტურა აქვს, მაგრამ განსხვავებულად ჩაწყობილი წყალბადის ატომებით.
„ეს ამავე დროს ნიშნავს იმას, რომ პირველად ისტორიაში, ახლა უკვე შესაძლებელია ექსპერიმენტებში განვახორციელოთ გადასვლა ყინულის ორ მოწესრიგებულ ფორმას შორის“, — ამბობს ლორტინგი.
კვლევა Nature Communications-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია eurekalert.org-ისა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
