Eine neue Form von gefrorenem Wasser? Wissenschaftler enthüllen neues Eis mit Rekord-niedriger Dichte

Anonim

In der Zeit, in der Nebraska zu einer Außeneisbahn umfunktioniert wurde, hat ein von der University of Nebraska-Lincoln geleitetes Forscherteam eine neue molekulare Form des rutschigen Materials vorhergesagt, die selbst Mutter Natur nie getragen hat.

Das vorgeschlagene Eis, das die Forscher in einer Studie vom 12. Februar 2016 in der Fachzeitschrift Science Advances beschreiben, wäre etwa 25 Prozent weniger dicht als eine rekordverdächtige Form, die 2014 von einem europäischen Team synthetisiert wurde.

Wenn das Eis synthetisiert werden könnte, wäre es die 18. bekannte kristalline Form von Wasser - und die erste, die in den Vereinigten Staaten seit dem Zweiten Weltkrieg entdeckt wurde.

"Wir haben viele Berechnungen durchgeführt (mit Fokus darauf), ob dies nicht nur ein Eis mit geringer Dichte ist, sondern vielleicht das bisher niedrigste Eis", sagte Xiao Cheng Zeng, Professor für Chemie an der Ameritas University, der die Studie mitverfasst hat. "Viele Leute sind daran interessiert, eine neue Eisstruktur jenseits des Stands der Technik zu prognostizieren."

Dieser neueste Befund ist der neueste in einer langen Reihe eisbezogener Forschungen von Zeng, der zuvor ein zweidimensionales "Nebraska-Eis" entdeckt hat, das sich kontrahiert und nicht expandiert, wenn es unter bestimmten Bedingungen gefroren ist.

Zengs neueste Studie, die von Jijun Zhao von der Dalian University of Technology geleitet wurde, verwendete einen Rechenalgorithmus und eine molekulare Simulation, um die Bereiche von extremem Druck und extremer Temperatur zu bestimmen, unter denen Wasser in die vorhergesagte Konfiguration einfrieren würde. Diese Konfiguration nimmt die Form eines Clathrats an - im Wesentlichen eine Reihe von Wassermolekülen, die eine ineinandergreifende käfigartige Struktur bilden.

Es wurde lange angenommen, dass diese Käfige ihre strukturelle Integrität nur dann beibehalten können, wenn sie "Gastmoleküle" wie Methan beherbergen, die eine Fülle von natürlichen Clathraten füllen, die auf dem Meeresboden und im Permafrost gefunden werden. Wie das europäische Team vor ihnen haben Zeng und seine Kollegen jedoch berechnet, dass ihr Clathrat auch nach der Verdrängung seiner Gastmoleküle seine Stabilität behalten würde.

Die Synthese des Clathrats erfordert einige Anstrengungen. Basierend auf den Berechnungen des Teams wird sich das neue Eis nur bilden, wenn Wassermoleküle in einem geschlossenen Raum platziert werden, der einem ultrahohen, sich nach außen ausdehnenden Druck ausgesetzt ist.

Wie viel? Bei minus 10 Grad Celsius müsste das Gehäuse von einem etwa viermal größeren Expansionsdruck umgeben sein als der tiefste Graben des pazifischen Ozeans. Bei minus 460 müsste dieser Druck noch größer sein - ungefähr so ​​viel, wie eine Person, die 300 Jumbojets auf Meereshöhe schultert.

Die Gastmoleküle müssten dann durch einen von dem europäischen Team entwickelten Staubsaugprozess extrahiert werden, was Zeng zuschrieb, indem er seine eigene Gruppe dazu inspirierte, die neue Studie durchzuführen.

Doch Zeng sagte, dass die Wunder des gewöhnlichen Eis - die Art, die die Erde seit Milliarden von Jahren bedeckte - auch die Forschung seines Teams motiviert haben.

"Wasser und Eis sind für immer interessant, weil sie für Mensch und Leben so wichtig sind", sagte Zeng. "Wenn man darüber nachdenkt, schützt die niedrige Dichte von natürlichem Eis das Wasser darunter. Wenn es dichter wäre, würde Wasser von unten gefrieren und keine lebende Spezies könnte überleben. Also ist die Kombination von Mutter Natur einfach so perfekt."

Wenn bestätigt, wird die neue Form des Eises "Eis XVII" genannt, eine Benennungsquirk, die von den Wissenschaftlern resultiert, die die ersten zwei identifizierten Formen "Eis I" bezeichnen.

Zeng und Zhao haben zusammen mit UNL-Postdoktorandin Chongqin Zhu das Science-Advances-Studium verfasst; Yingying Huang, Gastwissenschaftler an der Dalian University of Technology; und Forscher von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Universität von Wissenschaft und Technologie von China.

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