Voda je najbežnejšia tekutina na Zemi. A je tiež jedna z najzáhadnejších. Fyzici ju skúmajú viac ako storočie a stále sa nestíhajú čudovať: voda sa správa presne opačne ako všetky ostatné látky, ktoré poznáme.

Záhada, ktorá trvala storočie

Voda sa pri chladení pod 4 °C opäť rozpína – na rozdiel od väčšiny iných látok. Ak potom čistú vodu ďalej ochladzujeme pod bod mrazu, stále sa rozpína – a rýchlosť tohto rozpínania sa s klesajúcou teplotou ešte zvyšuje. Rovnako zvláštne sú aj stlačiteľnosť aj tepelná kapacita vody.

Vedci vodu dlhodobo podozrievali, že za týmto podivným správaním stojí skrytý „kritický bod“. Má ísť o špeciálnu kombináciu teploty a tlaku, pri ktorej sa dve odlišné kvapalné formy vody spájajú do jednej.

Dokázať to bolo dlho nemožné. Voda totiž pri týchto podmienkach okamžite zamrzla ešte pred tým, ako ju bolo možné zmerať.

Röntgenový laser zachytil „zvláštnu“ vodu

Výskumníci začali skúmať malé vzorky špeciálnych typov ľadu, v ktorom sú molekuly usporiadané chaoticky. Pri experimentoch v juhokórejskom urýchľovači Pohang Accelerator Laboratory vedci zasiahli každú vzorku krátkym lúčom infračerveného lasera, ktorý ju roztavil. Potom, v priebehu nanosekúnd až mikrosekúnd, ju preskúmali röntgenovým laserom.  

„Výnimočné bolo na pokuse to, že sme mohli röntgenovať nepredstaviteľne rýchlo, ešte pred tým, ako voda zamrzla. Mohli sme tak pozorovať, ako tzv. kvapalno-kvapalný prechod zmizne a vzniká nový kritický stav,“ uviedol profesor Anders Nilsson zo Štokholmskej univerzity.

Čo odhalil kritický bod

Vedci zistili, že voda môže existovať v dvoch odlišných kvapalných fázach pri nízkych teplotách a vysokom tlaku. Tie sa líšia tým, ako sú jej molekuly usporiadané a viazané. Za určitých podmienok rozdiel medzi nimi úplne zmizne. Bod, v ktorom sa tieto dve fázy spájajú, je najnovšie potvrdený kritický bod pri teplote -63 °C a tlaku 1 000 atmosfér.

„Voda kolíše medzi dvoma kvapalno-kvapalnými stavmi a ich zmesami, akoby sa nevedela rozhodnúť. Práve tieto fluktuácie dávajú vode jej neobvyklé vlastnosti,“ vysvetľujú autori.

Takmer ako čierna diera

Zvláštny je aj samotný priebeh prechodu. „Vyzerá to tak, akoby sa nedalo uniknúť z kritického bodu, ak sa doň vstúpi – takmer ako čierna diera,“ hovorí Robin Tyburski, výskumný pracovník chemickej fyziky na Štokholmskej univerzite.

„Je vzrušujúce, že voda je jediná superkritická kvapalina pri bežných podmienkach, v ktorej existuje život. A vieme, že bez vody niet života. Je to náhoda alebo nás ešte čaká nejaké zásadné odhalenie?“ pýta sa Fivos Perakis zo Štokholmskej univerzity.

Text: Zázračná planéta

Foto: Univerzita POSTECH, Južná Kórea