Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης κατάφεραν να εντοπίσουν ένα «κρίσιμο σημείο» στο υπόψυκτο (υπερψυγμένος) νερό, λύνοντας ένα μυστήριο που απασχολούσε την επιστημονική κοινότητα για πάνω από έναν αιώνα.
Η ανακάλυψη αυτή, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Science», εξηγεί γιατί το νερό συμπεριφέρεται με τόσο παράδοξο τρόπο, επιτρέποντας τη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη μας.
Το παράδοξο της πυκνότητας και η ζωή
Στα περισσότερα υλικά, η ψύξη προκαλεί συστολή και αύξηση της πυκνότητας. Το νερό όμως παρουσιάζει τη μέγιστη πυκνότητά του στους 4°C. Κάτω από αυτή τη θερμοκρασία αρχίζει να διαστέλλεται ξανά, με αποτέλεσμα ο πάγος να επιπλέει. Αυτή η «παραξενιά» είναι ο λόγος που οι λίμνες και οι ωκεανοί δεν παγώνουν από κάτω προς τα πάνω, επιτρέποντας στη θαλάσσια ζωή να επιβιώνει στους βυθούς.
Δύο υγρές μορφές σε μία
Χρησιμοποιώντας υπερταχέα λέιζερ ακτίνων Χ στη Νότια Κορέα, οι ερευνητές παρατήρησαν το νερό σε κατάσταση υπερψύξης (στους -63°C και υπό πίεση 1.000 ατμοσφαιρών) ελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου πριν παγώσει. Ανακάλυψαν ότι σε αυτές τις συνθήκες το νερό μπορεί να υπάρξει ως δύο ξεχωριστές υγρές φάσεις με διαφορετικές δομές μοριακών δεσμών.
Στο «κρίσιμο σημείο», αυτές οι δύο μορφές συγχωνεύονται, προκαλώντας ισχυρές διακυμάνσεις που επηρεάζουν τη συμπεριφορά του νερού ακόμη και σε κανονικές θερμοκρασίες. Αυτές οι συνεχείς μετατοπίσεις μεταξύ των δύο καταστάσεων είναι που δίνουν στο νερό τις μοναδικές του ιδιότητες, όπως την ασυνήθιστη θερμοχωρητικότητα και συμπιεστότητα.
Ένα «μαύρο φαινόμενο» στη δυναμική του νερού
Οι επιστήμονες περιέγραψαν την προσέγγιση στο κρίσιμο σημείο ως κάτι παρόμοιο με μια «μαύρη τρύπα». Καθώς το νερό πλησιάζει αυτό το σημείο, η μοριακή κίνηση επιβραδύνεται τόσο δραματικά που φαίνεται σχεδόν αδύνατο να «δραπετεύσει» κανείς από αυτό το κρίσιμο καθεστώς.
«Είναι συναρπαστικό το γεγονός ότι το νερό είναι το μόνο υπερκρίσιμο υγρό σε συνθήκες περιβάλλοντος όπου υπάρχει ζωή», σημειώνει ο αναπληρωτής καθηγητής Φοίβος Περάκης. Το ερώτημα που τίθεται πλέον είναι αν αυτή η ιδιότητα είναι μια απλή σύμπτωση ή το θεμελιώδες κλειδί για την εμφάνιση της ίδιας της ζωής.
Διεθνής συνεργασία και επόμενα βήματα
Η έρευνα αποτέλεσε προϊόν συνεργασίας μεταξύ πανεπιστημίων από τη Σουηδία, τη Νότια Κορέα, τη Γερμανία και τον Καναδά. Το επόμενο στάδιο για τους ερευνητές είναι να μελετήσουν πώς αυτά τα ευρήματα επηρεάζουν τις φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες, καθώς και τον ρόλο τους στο κλίμα και τη γεωλογία της Γης.