Scoperta una nuova forma di ghiaccio che assomiglia più da vicino all'acqua liquida. Potrebbe essere la chiave per comprendere il più famoso dei liquidi
La nuova forma di ghiaccio è amorfa. A differenza del normale ghiaccio cristallino in cui le molecole si dispongono secondo uno schema regolare, nel ghiaccio amorfo le molecole sono in una forma disorganizzata che ricorda un liquido.
In questo documento, pubblicato su Science (1), il team ha creato una nuova forma di ghiaccio amorfo in esperimento e ne ha ottenuto un modello su scala atomica nella simulazione al computer. Gli esperimenti hanno utilizzato una tecnica chiamata macinazione a sfere, che macina il ghiaccio cristallino in piccole particelle usando sfere di metallo in un barattolo d'acciaio. La macinazione a sfere viene regolarmente utilizzata per produrre materiali amorfi, ma non era mai stata applicata al ghiaccio.
Il team ha scoperto che la macinazione delle palle ha creato una nuova forma amorfa di ghiaccio, che a differenza di tutti gli altri ghiacci conosciuti, aveva una densità simile a quella dell'acqua liquida e il cui stato assomigliava all'acqua in forma solida. Hanno chiamato il nuovo ghiaccio: amorfo a media densità (medium-density amorphous - MDA).
Per comprendere il processo su scala molecolare, il team ha utilizzato la simulazione computazionale. Imitando la procedura di macinazione delle palle attraverso il ripetuto taglio casuale del ghiaccio cristallino, il team è riuscito a creare un modello computazionale di MDA.
«La nostra scoperta dell'MDA solleva molte domande sulla natura stessa dell'acqua liquida e quindi è molto importante comprendere la precisa struttura atomica dell'MDA», commenta il coautore dottor Michael Davies (2), che ha effettuato la modellazione computazionale. «Abbiamo trovato notevoli somiglianze tra MDA e acqua liquida».
Un mezzo felice
È stato suggerito che i ghiacci amorfi siano modelli per l'acqua liquida. Finora esistevano due tipi principali di ghiaccio amorfo: ghiaccio amorfo ad alta densità e ghiaccio amorfo a bassa densità.
Come suggeriscono i nomi, c'è un grande divario di densità tra di loro. Questo divario di densità, combinato con il fatto che la densità dell'acqua liquida si trova nel mezzo, è stata una pietra angolare della nostra comprensione dell'acqua liquida. Ha portato in parte a suggerire che l'acqua sia composta da due liquidi: uno ad alta e uno a bassa densità.
L'autore senior, il professor Christoph Salzmann (3), ha dichiarato: «La saggezza accettata è stata che non esiste ghiaccio all'interno di quel divario di densità. Il nostro studio mostra che la densità di MDA è esattamente all'interno di questo divario di densità e questa scoperta potrebbe avere conseguenze di vasta portata per la nostra comprensione dell'acqua liquida e delle sue numerose anomalie».
Un materiale geofisico ad alta energia
La scoperta di MDA fa sorgere la domanda: dove potrebbe esistere in natura? In questo studio si è scoperto che le forze di taglio sono fondamentali per la creazione di MDA. Il team suggerisce che il ghiaccio ordinario potrebbe subire forze di taglio simili nelle lune di ghiaccio a causa delle forze di marea esercitate da giganti gassosi come Giove.
Inoltre, MDA mostra una proprietà notevole che non si trova in altre forme di ghiaccio. Usando la calorimetria, hanno scoperto che quando l'MDA si ricristallizza in ghiaccio ordinario rilascia una straordinaria quantità di calore. Il calore rilasciato dalla ricristallizzazione di MDA potrebbe svolgere un ruolo nell'attivazione dei moti tettonici. Più in generale, questa scoperta mostra che l'acqua può essere un materiale geofisico ad alta energia.
Il Professor Angelos Michaelides (4), autore principale di Cambridge, ha dichiarato: «Si dice che il ghiaccio amorfo in generale sia la forma di acqua più abbondante nell'universo. Ora è in corso la gara per capire quanto di esso sia MDA e quanto sia MDA geofisicamente attivo».
Riferimenti:
(1) Medium-density amorphous ice
(2) Michael Davies
Descrizione foto: Una nuova forma di ghiaccio molto simile nella struttura molecolare all'acqua liquida (a sinistra), rispetto al normale ghiaccio cristallino (a destra). - Credit: University of Cambridge.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: New form of ice is like a snapshot of liquid water