Výzkumníci objevili dosud neznámou formu ledu, která má blíž ke kapalné vodě než jakýkoli jiný led.

Tento led má náhodnou molekulární strukturu, je amorfní, bez krystalické mřížky. Působí zvláštně – jako voda, u které se náhle zastavil čas.

„Ukázali jsme, že je možné vytvořit něco, co vypadá jako v čase zastavený druh vody. To je nečekané a zcela úžasné zjištění,“ cituje magazín Science Alert chemika Andrea Sellu, který se na experimentu podílel.

Led, který na Zemi nenajdete

Rozdíl mezi kapalnou vodou a vodním ledem vnímáme především ve skupenství. Voda je kapalná, led pevný. Při pohledu na molekuly vyniká jiný rozdíl – zatímco voda je plná chaotického promíchání, vodní led se vyznačuje krystalickou pravidelností.

Pro nově objevenou formu ledu to ovšem neplatí.

Výzkumníci z Cambridgeské univerzity pod vedením chemika Alexandra Rosu-Finsena, kteří drtili ocelovými kuličkami běžnou zmrzlou vodu v nádobě ochlazené kapalným dusíkem na mínus 200 stupňů Celsia, objevili dosud neznámou formu ledu, která má blíže ke kapalné vodě než jakýkoli jiný led. Strukturu této formy ledu popisují vědci ve studii v žurnálu Science jako atomární všehochuť, která nevykazuje typický rys pozemského ledu – úhledný a opakující se krystalický vzor.

Není to první amorfní led, který vznikl v laboratoři. Na amorfním ledu z Cambridge je však pozoruhodná jeho hustota. Jiné formy amorfního ledu mají hustotu nižší (kolem 0,94 gramu na centimetr krychlový) anebo naopak vyšší (od 1,13 gramu na centimetr krychlový). Cambridgeský led má však hustotu 1,06 gramu na centimetr krychlový, což je blízko hustotě tekuté vody, tedy hodnotě jeden gram na centimetr krychlový.

A právě s tím souvisí i možné využití amorfního ledu střední hustoty, jak ho výzkumníci nazvali, v dalším výzkumu.

Stále tajemná voda

„Voda je základem veškerého života, závisí na ní naše existence. Vysíláme vesmírné mise, které ji hledají, a přesto je z vědeckého hlediska málo známá,“ říká ke studii chemik Christoph Salzmann. „Známe dvacet krystalických forem ledu, ale zatím byly objeveny pouze dva hlavní typy amorfního ledu, známé jako amorfní led o vysoké a nízké hustotě,“ upozorňuje.

Dosud měli vědci za to, že výskyt amorfního ledu střední hustoty není na Zemi jednoduše možný. Nynější výzkum však tento předpoklad vyvrátil.

Led, který podle výzkumníků připomíná „zastavený snímek tekuté vody“, může posloužit k dalšímu studiu vody.

Kapalná voda je z chemického a fyzikálního hlediska netypická sloučenina. Nebýt jejích mimořádně silných vodíkových vazeb, měla by v podmínkách povrchu Země mít formu páry.

Dodnes není uspokojivě vysvětleno, proč zamrzající voda snižuje svou hustotu. Díky tomuto jevu kostky ledu mohou plavat ve sklenici s vodou. U většiny kapalin se ale při zamrzání hustota zvyšuje.

Co vlastnosti amorfního ledu střední hustoty vlastně znamenají, není zatím zcela jasné. Ačkoli amorfní led v přírodě nevzniká, existují jiné amorfní pevné látky. Nejznámější z nich je sklo, které je pevnou formou kapalného oxidu křemičitého. Vědci se domnívají, že cambridgeský led by mohl být „sklovitý“ stav kapalné vody. 

Amorfní led by tedy mohl být kapalinou a zároveň pevným skupenstvím najednou, anebo spíš plynulým přechodem mezi oběma stavy, který je provázen citelným nárůstem viskozity.

Cambridgeský led střední hustoty nám každopádně může říct zajímavé věci o unikátních vlastnostech vody. A to nejen té, která se vyskytuje na Zemi.

Překvapující „ledová‘ energie

Ačkoli amorfním formám ledu nebo jeho formám, které mají krystalickou strukturu odlišnou od té, kterou známe, říkáme „exotické“, ve skutečnosti mohou být ve vesmíru běžné. Astrovědci například předpokládají, že specificky stlačené formy ledu jsou tím, co izoluje povrch Pluta od jeho pravděpodobného podpovrchového oceánu.

Právě další studium cambridgeského amorfního ledu může vysvětlit, co se děje pod povrchem vzdálených měsíců a planet. Když tento led výzkumníci zkusili překrystalizovat, stlačit a zahřát, uvolnilo se z něj překvapivého množství energie. Mohlo by to nepovědět, kde se pod povrchem Pluta a dalších vesmírných těles s kapalnými podpovrchovými oceány bere teplo, které je zahřívá.

U měsíců plynných obrů teplo vytváří slapové síly, anebo rozpad radioaktivních prvků. Je ale také možné, že přinejmenším část tepla vzniká i reakcí amorfního ledu.