Vesi reageerib väga madalale temperatuurile väga ebaharilikult. Alustame sellest, et vastupidiselt loogikale jahtudes vesi ei kahane, vaid paisub (sellepärast on jääl ujuvuse omadus). Külm vesi on vähem kokkusurutav kui kuum vesi. Pealegi võivad veemolekulid külmununa oma positsiooni igal võimalikul viisil muuta.
Sellele kõigele on keeruline seletust leida ja olemasolevad teooriad põhjustavad teadusringkondades ägedat poleemikat. Üks neist sõnastati peaaegu kolm aastakümmet tagasi ja seisnes selles, et jäävesi võib esineda kahel erineval vedelal kujul, millest üks on vähem tiheda struktuuriga. Teisisõnu, seal on kahte tüüpi vett, millest igaüks on eraldi vedelik. Seda teooriat on laboris keeruline tõestada, kuid Itaalia teadlastel on õnnestunud leida tõendeid selle kaitsmiseks. Uuring avaldati hiljuti ajakirjas Science.
Rooma Princetoni ülikooli teadlased Pablo Debenedetti ja Gul H. Zerze ning Rooma La Sapienza elanikud Francesco Shortico viitavad, et vee teine kriitiline punkt toimub temperatuuril vahemikus -83 kuni -100 kraadi ja õhurõhul peaaegu 2000 korda kõrgem. kui rõhk üle merepinna. Kriitiline punkt on ainus temperatuuri ja rõhu väärtus, mille korral aine kaks faasi eristuvad, ja see juhtub vahetult enne aine üleminekut ühest faasist teise. Näiteks veel on vedelikust auruni üleminekul hästi teada kriitiline punkt.
"Kujutage vaid ette oma rõõmu, kui nägime, et kriitilised kõikumised kulgevad täpselt nii, nagu me ootasime, - selgitab Sortino, - saan nüüd rahulikult magada, sest 25 aasta pärast on minu idee lõpuks leidnud kinnituse."
Siiani ei suutnud eksperimendid, milles kasutati reaalseid veemolekule vee "ülejahutamise" teise kriitilise punkti kontrollimiseks, selle olemasolust ühemõttelisi tõendeid. See on suuresti tingitud asjaolust, et jäine vesi muutub tavaliselt jääks, ütles Debenedetti.
Sel põhjusel otsustasid teadlased pöörduda arvutimudelite poole. Protsess on tõeliselt töömahukas: vaatamata tänapäevaste superarvutite suurele võimsusele veetsid teadlased mudelite loomiseks vajalikud arvutused 18 kuud.
Simulatsioonides, kui temperatuur oli külmumispunktist veel kaugel, hakkas vee tihedus kõvasti kõikuma. Selle tulemusel õnnestus teadlastel leida kriitiline punkt, mida nad otsisid kahes erinevas veemudelis. Vee kriitilise punkti leidmiseks mõlemas mudelis kasutati samal ajal erinevaid arvutuslikke lähenemisviise.
Sarnaselt vedelale faasile gaasi faasile üleminekuga võib jäävesi muutuda kaheks erinevaks faasiks, sõltuvalt selle molekulide ümberkorraldusest. Seega rühmitatakse madala tihedusega vedelikus neli molekuli keskmolekuli ümber, moodustades tetraeedri. Suurema tihedusega vedelikus tuleb mängu aga kuues molekul, mis viib selle tiheduse suurenemiseni.
Reklaamvideo:
Teadlased kirjutavad oma artiklis, et "meie arvutusvõimete piires on veemolekulide sügava jahutamise etapis metastabiilse kriitilise punkti olemasolu tõestatud".
Loomulikult peavad seda järeldust nüüd kinnitama ka muud katsed, "kasutades täpsemaid ja kallimaid arvutusvahendeid".
