Znajdź zawartość

Naukowcy z Sandia National Laboratories posłużyli się swoją maszyną Z (akceleratorem symulującym wybuchy jądrowe), by w ciągu nanosekund otrzymać z wody lód i to w dodatku gorętszy od gotującej się wody. Aparatura badaczy generuje temperatury wyższe od panujących na Słońcu. Dzięki niej zbadano różne stany skupienia wody, a jest ich podobno dużo więcej niż dobrze nam znane ciało stałe, ciecz i gaz. Trzy stany skupienia wody, które znamy, zimny lód, ciecz temperatury pokojowej oraz gorąca para, w rzeczywistości są niewielkim ułamkiem opisanych postaci występowania tego związku — opowiada Daniel Dolan. Woda pod ciśnieniem ogrzewa się. Pod bardzo dużym ciśnieniem "gęstej" H2O łatwiej przejść w stały stan skupienia (lód) niż wkładać energię w podtrzymywanie stanu ciekłego (pozostawanie wodą). Normalnie lód ma większą objętość od wody, z której powstał (dlatego np. rozsadza butelki). W eksperymencie naukowców z Sandii objętość wody zmniejszyła się nagle, czyli w sposób nieciągły; w dodatku pojawiły się niemal wszystkie znane odmiany lodu, z wyjątkiem jego najbardziej pospolitej odmiany. Istnieje co najmniej 11 odmian lodu. Klasyfikuje się je w zależności od tego, jak zachowują się w określonych temperaturach i ciśnieniu. Naukowcy nie znają jednak nadal wszystkich ich specyfikacji. Jedną z odmian jest tzw. woda przechłodzona. Jest to woda ochłodzona do temperatury niższej niż punkt krzepnięcia, w której mimo to nie zachodzi krystalizacja. Zespół Dolana chciał sprawdzić, co dzieje się z różnymi materiałami w ekstremalnych warunkach. Zaskoczyło go m.in., jak szybko woda zamarza. Podczas błyskawicznej kompresji (ciśnienie ponad 70 tys. atmosfer generowano w ciągu ułamków sekundy) woda natychmiast zamarzała. Gdy ciśnienie zmniejszano, lód zaczynał się topić.

Zespół z Rutgers University ożywił w laboratorium bakterie uwięzione w lodach Antarktyki przez 100 tysięcy i więcej lat. Po ogrzaniu i podaniu pożywki zaczęły one rosnąć (Proceedings of the National Academy of Sciences). Zespół Kaya Bidle'a przebadał 5 próbek, których wiek oszacowano na od 100 tys. do 8 mln lat. Nie wiedzieliśmy, czego się spodziewać. Wiedzieliśmy tylko, że mikroorganizmy są naprawdę odporne. Naukowcy przebadali próbki najstarszego lodu na Ziemi. Bakterie udało się wyhodować głównie z młodszych próbek. Te ze starszych były "oporniejsze" i rosły wolniej. Niektóre z najstarszych bakterii musiano obserwować przez rok, zanim cokolwiek się stało. Zazwyczaj wyhodowanie bakterii to kwestia ok. tygodnia. Znalezione bakterie nadal występują na Ziemi. Są to, m.in.: proteobakterie, mikroorganizmy z grupy Firmicutes oraz archeobakterie. Zespół Bidle'a zauważył, że DNA bakterii ulega gwałtownemu rozkładowi po upływie 1,1 mln lat. Najstarszy lód zawierał kwas dezoksyrybonukleinowy, którego łańcuchy składały się z 210 podjednostek, podczas gdy normalnie DNA bakterii składa się z ok. 3 mln cegiełek. Badanie takich form życia pomaga zrozumieć geologiczne i fizjologiczne ograniczenia życia na Ziemi w różnych warunkach. Wyniki Amerykanów przydadzą się także naukowcom poszukującym życia w kosmosie. Dzięki nim można próbować przewidzieć, jak długo organizmy żywe mogą np. przetrwać w chłodzie i lodach różnych planet. Bidle podkreśla, że mikroby żyją we wszelkich możliwych warunkach. Dlatego też zbieranie informacji o nich samych, warunkach, jakie są w stanie wytrzymać i ich ograniczeniach jest istotne dla zrozumienia, jak funkcjonowała Ziemia jako planeta w dłuższej perspektywie czasowej.

Przeprowadzone niedawno symulacje wykazały, że cienkie warstewki lodu nie roztopią się w temperaturze 42°C, jeśli zostaną umieszczone na diamentach powleczonych kationami sodu. Takie diamentowo-lodowe filmy stanowią idealne pokrycie sztucznych zastawek serca czy odpornych na ścieranie protez. Alexander D. Wissner-Gross i Efthimios Kaxiras, dwaj fizycy z Uniwersytetu Harvarda, odkryli, że lód pozostaje w pewnych okolicznościach nietknięty nawet powyżej punktu wrzenia wody. Sztucznie uzyskiwane filmy diamentowe są niezwykle wytrzymałe. Ta i inne właściwości sprawiają, że bardzo poważnie rozważa się ich wykorzystanie nie tylko w medycznych implantach, ale także w ogniwach słonecznych. Dodanie lodu przetrzymującego wysokie temperatury zwiększa atrakcyjność diamentów dla przemysły medycznego. W ten sposób otrzymuje się bowiem materiał odporniejszy na zarysowanie i ograniczający nadbudowywanie się na nim białek. Amerykańscy fizycy sądzą, że dzięki ich odkryciu zwiększy się też wydajność baterii słonecznych. Krótki film nakręcony przez badaczy podczas symulacji znalazł się w finale tegorocznego Festiwalu Filmów nt. Badań Materiałoznawczych (2007 Materials Research Film Festival). Chętnych zapraszamy do jego obejrzenia.