Utilizzando un mulino a sfere in acciaio raffreddato ad alta temperatura, i ricercatori sono riusciti a creare questo nuovo tipo di ghiaccio amorfo.
Quando si pensa al ghiaccio la maggior parte di noi immagina qualcosa di simile ai cubetti all’interno delle bibite o alla neve sulle montagne. Tuttavia, per quanto ci sembri qualcosa di tremendamente comune, l’acqua è uno strano liquido che allo stato solido -e a seconda delle condizioni di temperatura e pressione che lo circondano- può avere almeno fino a 20 forme differenti, alcune così strane da essere state viste solo in laboratorio, come il ghiaccio superionico, sia solido che liquido. In pratica il ghiaccio della Terra non è lo stesso di quello delle lune gioviane Ganimede ed Europa, o del famoso satellite di Saturno, Encelado. Ecco perché gli scienziati si sforzano di svelare il mistero dell’acqua, che è molto più presente nel Sistema Solare di quanto possa sembrare a priori, ma in forme ‘esotiche’. E ora, i ricercatori di Cambridge e dell’University College London UCL hanno scoperto una nuova forma di ghiaccio che, curiosamente, è più simile all’acqua liquida di qualsiasi altra, il che potrebbe essere la chiave per comprendere l’elemento liquido. Ma è ancora solido. Le conclusioni del loro studio sono state appena pubblicate sulla rivista ‘ Science ‘. Il ghiaccio cristallino che tutti conosciamo è formato da molecole organizzate secondo uno schema esagonale regolare, come quello che si vede nei fiocchi di neve al microscopio o ad occhio nudo nella disposizione del ghiaccio che rimane sui vetri delle nostre auto dopo una notte di basse temperature; esiste tuttavia un altro ghiaccio ‘disordinato’, chiamato ghiaccio amorfo, in cui le sue molecole non seguono un ordine preciso, cosa che accade anche con l’acqua allo stato liquido. Si verifica quando le molecole d’acqua si raffreddano così rapidamente da non avere il tempo di organizzarsi in una rete ordinata. È un processo simile alla produzione del gelato: la miscela deve essere congelata velocemente per evitare lo sviluppo di cristalli; tuttavia, nel caso dell’acqua pura, i cristalli si formano molto più rapidamente. Si verifica anche quando l’acqua è sottoposta a pressioni elevate, come quelle che si verificano su pianeti o satelliti soggetti a grande gravità. Per questo si ritiene che questo sia il tipo di ghiaccio più diffuso nell’Universo (anche se sulla Terra servono laboratori di fisica per ricrearlo). Pertanto, per provare a crearlo, il team ha utilizzato un mulino a sfere, un dispositivo comunemente usato per mescolare minerali, vernici, fuochi d’artificio o ceramica (materiali amorfi), e che consiste in un contenitore che contiene sfere di metallo, a cui viene aggiunto il materiale che si desidera macinare e che, con il movimento, finisce per schiacciarlo. Insomma un meccanismo simili ad una betoniera con delle sfere all’interno.
I ricercatori hanno introdotto nel contenitore di acciaio, insieme alle palline, del ‘normale’ ghiaccio cristallino, che poco a poco, per effetto del movimento, è stato macinato fino a diventare delle piccole particelle. Intanto questa “betoniera” da laboratorio in miniatura si è raffreddata. Quindi, per comprendere il processo su scala molecolare, il team ha creato una simulazione al computer. Il team ha scoperto che questo ha creato una nuova forma amorfa di ghiaccio che, a differenza di tutti gli altri ghiacci conosciuti, aveva una densità simile a quella dell’acqua liquida e il cui stato assomigliava all’acqua in forma solida. Fino ad ora, la teoria era che esistessero due tipi principali di ghiaccio amorfo: a bassa densità, creato da un lento accumulo di molecole di vapore acqueo su una superficie raffreddata e un altro ad alta densità, che si può formare comprimendo il ghiaccio cristallino a temperature ancora più fredde. Precedenti studi hanno scoperto che il ghiaccio amorfo può variare tra i due tipi o contenere entrambi, ma questo lavoro sottolinea che sono riusciti a creare ghiaccio amorfo di media densità, che potrebbe essere la pietra angolare per comprendere l’acqua liquida e le sue strane proprietà. “Fino ad ora si pensava che non esistesse ghiaccio all’interno di quel divario di densità. Il nostro studio mostra che il nostro ghiaccio sì, e questo potrebbe avere conseguenze di vasta portata per la nostra comprensione dell’acqua liquida e delle sue numerose anomalie“. I ricercatori suggeriscono luoghi in cui questo tipo di ghiaccio amorfo di media densità potrebbe originarsi anche al di fuori del laboratorio. Secondo gli autori, il ghiaccio ordinario sulle lune giganti di ghiaccio come Giove potrebbe diventare di questo nuovo tipo a causa delle forze di marea esercitate dalla gravità di questi pianeti. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che quando questo tipo di ghiaccio si ricristallizza in ghiaccio ordinario, rilascia una straordinaria quantità di calore, che potrebbe svolgere un ruolo nell’innescare movimenti tettonici e dimostrare che l’acqua può essere un materiale geofisico energetico di alta quota.
