كشفت تجربة التبريد الفائق للمياه السائلة إلى درجات حرارة أقل مما كان مكنا في السابق، عن دليل جديد على أن الماء يمكن أن يتواجد كسائلين مختلفين في وقت واحد.
كان الماء شديد البرودة – الماء السائل الذي يتم تبريده تحت درجة التجمد دون السماح له بالتجمد – محيرا للكيميائيين لعقود.
فقد وجدت الدراسات السابقة أن مدى تجمع جزيئات الماء معًا، والمعروف باسم كثافتها، يبدأ في التذبذب أكثر فأكثر مع تبريد الماء إلى درجات حرارة منخفضة جدا.
منذ ذلك الحين، تزايدت الأدلة على أن هذه التقلبات قد تشير إلى وجود سائلين مختلفين في أحدهما، مع تجميع بعض جزيئات الماء معا بشكل وثيق والبعض الآخر متباعد.
لكن الدراسات التي تحاول التقاط هاتين البنيتين السائلتين المختلفتين وتحليلهما كانت محدودة، لأن الماء شديد البرودة عادة ما يتجمد بالنانو ثانية بعد تكوينه ولم يكن نطاق درجة الحرارة الدقيق الذي قد يتبنى فيه الماء هذه الحالة الغريبة للسائلين معروفا.
من خلال إطلاق أشعة الليزر على طبقة رقيقة جدا من الجليد، تمكن جريج كيميل وبروس كاي في مختبر the Pacific Northwest National Laboratory في واشنطن من توليد – وتحليل – مياه سائلة فائقة التبريد في درجات حرارة أقل بكثير مما كان ممكنا في السابق.
خلال جزء من الثانية كان الماء في حالة التبريد الفائق، التقط الفريق لقطة لهيكله باستخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، وهي طريقة تستفيد من الطريقة التي ينتقل بها ضوء الأشعة تحت الحمراء عبر الجزيئات.
وكانت التجارب المتكررة كشفت تقلبات في كثافة السائل فائق التبريد بما يتفق مع فرضية السائلين.
مقالات شبيهة:
لماذا تحلية المياه صعبة ولماذا نحتاج إليها؟
هل يستطيع العالم العربي حل مشكلة ندرة المياه؟
المياه الجوفية في إفريقيا جنوب الصحراء الكبرى لديها قدرة عالية على مواجهة تغير المناخ
تمكنت المجموعة من تحديد نطاق درجة الحرارة التي تنتقل خلالها المياه فائقة التبريد بين شكليها السائلين: بين حوالي -93 درجة مئوية و -33 درجة مئوية.
ويقول الفريق: “هذا جزء مهم من اللغز لم يكن متاحا من قبل”.
من خلال زيادة درجة الحرارة أو خفضها ضمن النطاق الحرج، اكتشف الفريق أيضا أنه يمكنك قلب نسبة السائلين بطريقة أو بأخرى، مما يشير إلى أن ظاهرة السائلين لا يمكن تفسيرها ببساطة من خلال تبلور الماء إلى جليد.
يقول Kimmel: “لقد لاحظنا أن هناك شيئا مضحكا يحدث في وقت مبكر قبل أن يتبلور حقا”.
يقول أندرس نيلسون من جامعة ستوكهولم في السويد: “للمياه العديد من الخصائص الغريبة”. لكن هذه هي المرة الأولى التي يوجد فيها مثل هذا الدليل التجريبي الواضح على بنيتين سائلتين.
تقول باولا جالو من جامعة روما تري في إيطاليا: “العديد من الظواهر المرتبطة بالسلوك المجهري للمياه محورية في حياتنا، لذلك فإن فهم كيمياء الماء الفريدة يمكن أن يساعدنا في توقع كيفية تصرفه في ظل ظروف غير عادية، كما هو الحال في الفضاء الخارجي”.
