Zawsze wydawało nam się, że lód to synonim kruchości. Wystarczy chwila, by pękł pod naciskiem. Okazuje się jednak, że jego natura jest znacznie bardziej skomplikowana i… elastyczna. Najnowsze odkrycia naukowców z Pacific Northwest National Laboratory rzucają zupełnie nowe światło na właściwości zamrożonej wody.
Kryształowa giętkość
W przełomowym eksperymencie badacze udowodnili, że lód potrafi zachować swoją spójność strukturalną nawet wtedy, gdy w jego wnętrzu tworzy się sieć mikroskopijnych pęcherzyków powietrza. W przeciwieństwie do innych ciał stałych, takich jak metale czy ceramika, lód nie pęka pod wpływem takich „defektów”. Zamiast tego jego struktura dopasowuje się do nowo powstałych bąbelków.
Aby zaobserwować to niezwykłe zjawisko, naukowcy opracowali specjalną metodę. Uwięzili kroplę wody między dwiema cienkimi membranami z węgla, a następnie zamrozili ją w temperaturze -180°C. Powstały w ten sposób kryształ lodu o grubości zaledwie kilkuset nanometrów został przeniesiony do komory próżniowej i zbadany pod mikroskopem transmisyjnym.
Tajemnica tkwi w wiązaniach
Seria błyskawicznych zdjęć pozwoliła w czasie rzeczywistym śledzić, jak pęcherzyki powietrza rodzą się, poruszają, łączą i znikają wewnątrz kryształu. Przez cały ten proces lód pozostawał nienaruszony, stanowiąc jedną, ciągłą strukturę. Okazało się, że na poziomie atomowym bąbelki nie mają gładkiej powierzchni, lecz przybierają zygzakowaty kształt, co świadczy o uporządkowanym dostosowywaniu się kryształu.
Sekretem tej niezwykłej odporności są wiązania wodorowe między cząsteczkami wody (H₂O). Ich elastyczność pozwala kryształom na subtelne zmiany orientacji bez ryzyka pęknięcia. Symulacje komputerowe w pełni potwierdziły te obserwacje, pokazując, że lód toleruje znaczne odchylenia w swojej budowie.
Od samolotów po medycynę
To odkrycie ma ogromne znaczenie praktyczne. Zrozumienie elastyczności lodu może doprowadzić do opracowania rewolucyjnych technologii antyoblodzeniowych, które znajdą zastosowanie na skrzydłach samolotów, drogach czy w infrastrukturze energetycznej. Wiedza ta może również usprawnić krioprezerwację, czyli proces zamrażania komórek i tkanek do celów medycznych.
Nie można zapominać o kontekście klimatycznym. Lodowce, które zawierają miliony pęcherzyków powietrza, mogą zachowywać się inaczej, niż zakładają obecne modele. Dokładniejsze poznanie ich mikrostruktury pomoże precyzyjniej prognozować tempo ich topnienia i wpływ na globalny poziom wód.
Fotografia: źródło pixabay.com
