Voda reagira zelo nenavadno na zelo nizke temperature. Začnimo z dejstvom, da se voda, ko se ohladi, v nasprotju z logiko ne skrči, ampak razširi (zato ima led lastnost plovnosti). Hladna voda je manj stisljiva kot vroča voda. Poleg tega lahko molekule vode, ko so zamrznjene, na vse možne načine spremenijo svoj položaj.
Vse to je težko najti razlage, obstoječe teorije pa v znanstvenih krogih povzročajo ostro polemiko. Ena izmed njih je bila oblikovana pred skoraj tremi desetletji in je bila, da lahko ledena voda obstaja v dveh različnih tekočih oblikah, od katerih ima ena manj gosto strukturo. Z drugimi besedami, obstajata dve vrsti vode, od katerih je vsaka ločena tekočina. Teorijo je težko dokazati v laboratoriju, vendar so italijanski znanstveniki uspeli najti dokaze, s katerimi bi jo lahko zagovarjali. Študija je bila nedavno objavljena v reviji Science.
Znanstveniki Pablo Debenedetti in Gul H. Zerze z univerze Princeton in Francesco Shortico iz La Sapienze v Rimu v svoji raziskavi nakazujejo, da se "druga kritična točka vode" pojavi pri temperaturah od -83 do -100 stopinj in pri atmosferskih tlakih skoraj 2000-krat višjih kot tlak nad morsko gladino. Kritična točka je edina vrednost temperature in tlaka, pri kateri se dve fazi snovi ne razlikujeta, in to se zgodi tik preden snov preide iz ene faze v drugo. Voda ima na primer zelo dobro kritično točko pri prehodu iz tekoče v hlape.
"Zamislite si samo svoje veselje, ko smo videli, da se kritična nihanja odvijajo točno tako, kot smo pričakovali," razlaga Sortino, - zdaj lahko mirno spim, saj je po 25 letih moja ideja končno našla potrditev."
Do zdaj poskusi, ki so uporabili prave molekule vode za preskušanje druge kritične točke "prehlajevanja" vode, niso mogli nedvoumno dokazati njenega obstoja. To je v veliki meri posledica dejstva, da se ledena voda običajno spremeni v led, je dejal Debenedetti.
Zaradi tega so se raziskovalci odločili za uporabo računalniških modelov. Postopek je resnično naporen: kljub veliki moči sodobnih superračunalnikov so znanstveniki 18 mesecev opravili potrebne izračune za izdelavo modelov.
V simulacijah, ko je bila temperatura še daleč od ledišča, je gostota vode začela močno nihati. Posledično je znanstvenikom uspelo najti kritično točko, ki so jo iskali v dveh različnih računalniških modelih vode. Hkrati za iskanje kritične točke vode v obeh modelih smo uporabili različne računske pristope.
Tako kot pri prehodu iz tekoče v plinsko fazo se lahko tudi ledna voda spremeni v dve različni fazi, odvisno od preurejanja molekul. Tako so v tekočini z nizko gostoto štiri molekule združene okoli osrednje molekule, da tvorijo tetraeder. Toda v tekočini z večjo gostoto pride v poštev šesta molekula, kar vodi v povečanje njene gostote.
Promocijski video:
V svojem članku raziskovalci pišejo, da je "v mejah naših računskih zmožnosti dokazan obstoj metastabilne kritične točke v fazi globokega hlajenja molekul vode."
Seveda je treba ta sklep potrditi z drugimi poskusi, "z uporabo natančnejših in dražjih računskih sredstev".