Sekite 15min Google
Ši keista vandens forma aptinkama poliarinių regionų stratosferos debesyse. Ji taip pat padeda šalčiui prisitaikiusiems (psichrofiliniams) organizmams apsisaugoti nuo ledo kristalų daromos žalos ląstelėms itin žemoje temperatūroje.
Vis dėlto vandens virtimas iš skysčio į stiklą ilgą laiką iš esmės liko nepastebimas taikant stebėjimo metodus.
Šaldamas vanduo paprastai sudaro ledo kristalus, kurie susijungia į standžią ir tvarkingą struktūrą. Tai vyksta net esant maždaug –45 °C (–49 °F) temperatūrai, o dar žemesnėje temperatūroje prasideda menkai ištirta temperatūrų sritis, kurią mokslininkai vadina „niekieno žeme“.
Buvo manoma, kad didelio vandens kiekio virtimas į stiklinę būseną vyksta maždaug –135 °C temperatūroje, tačiau kristalinis ledas trukdė mokslininkams pasiekti šią sunkiai ištiriamą vandens būseną.
Naujame tyrime mokslininkai šią problemą išsprendė įkalindami vandenį matricoje – metodą jie perėmė iš gamtoje aptinkamų procesų. Taip jie suprato, kad vandens virtimas į stiklinę būseną visą laiką buvo prieš akis, tik jį užgožė kristalizacijos procesas.
Žurnale „Nature Communications“ paskelbtame tyrime fizikai labai nedidelį vandens kiekį – vos kelių molekulių storio sluoksnį, mažesnį nei viena milijardoji metro dalis – įterpė tarp dviejų lipidų sluoksnių. Jie buvo pagaminti iš specialios „skaidrios“ medžiagos – fitantriolio – riebalų alkoholiui priskiriamos molekulės, kuri išlieka struktūriškai stabili ir skysta net esant labai žemai temperatūrai.
Tokiu būdu įkalintas vanduo negalėjo kristalizuotis temperatūrai krintant, todėl mokslininkai galėjo itin išsamiai stebėti, kaip jis iš skystos būsenos pereina į stiklinę.
Netikėtai mokslininkai nustatė, kad šis virsmas į stiklinę būseną vyksta gerokai platesniame ir aukštesniame temperatūrų intervale, nei manyta anksčiau.
Siekdama stebėti vandens elgseną mažesniu nei nanometrų mastelio lygmeniu, fizikų komanda, vadovaujama Raffaele Mezzengos iš ETH Ciuricho, sujungė kompiuterinius modelius su įvairiais pažangiais metodais, leidžiančiais tirti medžiagą atominiu lygmeniu.
Vienas iš taikytų metodų buvo ANSTO rentgeno spindulių mažųjų ir didžiųjų kampų sklaidos (SAXS/WAXS) linija. Naudodami dalelių greitintuve generuojamus itin ryškius rentgeno spindulius, mokslininkai skirtingose temperatūrose nustatė lipidų matricoje įkalinto vandens struktūrą.
Komanda taip pat pasitelkė du Australijos neutronų sklaidos centre esančius spektrometrus – „Emu“ ir „Pelican“. Jie leido aptikti molekulių virpesius ir atskleisti, kaip mėginyje juda vandenilio atomai.
„Mūsų prietaisu aptiktame neutronų signale daugiausia atsispindi vandens vandenilio atomų judėjimas. Tai leidžia mums atskirai tirti vandens judėjimą net tada, kai jis yra įkalintas sudėtingoje minkštoje matricoje“, – aiškina ANSTO spektrometro „Emu“ mokslininkė Alice Klapproth.
