בתנאים רגילים המים נראים לנו פשוטים ובלתי משתנים, אך מתחת למינוס 38 מעלות הם מתנהגים אחרת לחלוטין. בטווח זה - שמכונה כבר שנים "ארץ לא נראית" (no man’s land) - המים מתגבשים לקרח בתוך שבריר שנייה, מה שמנע מחוקרים לבחון את התנהגותם.
כדי לעקוף את המגבלה הזו השתמש צוות החוקרים, בראשות פרופ’ אנדרס נילסון מאוניברסיטת שטוקהולם, בפולסים קצרים במיוחד של קרני רנטגן שנפלטו ממאיץ האלקטרונים במעבדת פוהאנג שבקוריאה הדרומית. כך הצליחו להמיס מדגמים זעירים של קרח אמורפי ולבחון את מצב הנוזל שנוצר - לפני שקפא שוב.
"יכולנו להאיר את המים במהירות בלתי נתפסת, עוד לפני שהספיקו להתגבש," אומר נילסון. "כך ראינו במישרין כיצד אזור המעבר בין שני סוגי הנוזלים נעלם, ונוצרת נקודה קריטית חדשה - כפי שחזו התיאוריות במשך עשרות שנים."
רעיון מ-1992 שהפך לעובדה
הרעיון של נקודה קריטית שנייה הוצע לראשונה ב-1992 על ידי פיטר פול, פרנצ’סקו שורטינו והאו יוג’ין סטנלי. לפי חישוביהם, למים יש שתי צורות נוזל אפשריות - נוזל צפוף בעל מבנה הדוק, ונוזל דליל שבו המולקולות מרווחות יותר. המעבר ביניהן אמור להסתיים ב"נקודת קריטית", בדומה למעבר בין נוזל לגז.
סימולציות ממוחשבות שבוצעו לאורך השנים, ובהן מחקר בולט מ-2020 בהובלת שורטינו ופבלו דבנדטי מאוניברסיטת פרינסטון, חיזקו את ההשערה אך לא סיפקו הוכחה ניסויית. כעת, בזכות הטכנולוגיה החדשה, הצליחו נילסון וצוותו לאשש אותה בצורה ישירה.
לדברי ד"ר רובין טיבורסקי מהצוות, "כשהגענו לנקודה הקריטית, ראינו שהדינמיקה האטית כמעט עוצרת - כאילו ברגע שנכנסת לתוכה, אין דרך לצאת. זה מזכיר קצת חור שחור בטבע."
איך זה משפיע על כל כוס מים יומיומית
למרות שהתופעה מתרחשת בתנאים קיצוניים, השלכותיה ניכרות גם במים שבברז. התנודות בין שני סוגי הנוזלים משפיעות על תכונות מוכרות של מים - למשל העובדה שהם מגיעים לצפיפות מרבית דווקא ב-4 מעלות, או על יכולתם לספוג חום ולהתכווץ בצורה ייחודית.
"מדענים שחוקרים את הפיזיקה של המים יכולים כעת לאמץ בביטחון את המודל שקובע שלמים נקודה קריטית באזור הקירור העמוק," מסביר נילסון. "השלב הבא הוא להבין כיצד זה משפיע על תהליכים פיזיקליים, כימיים, ביולוגיים ואף אקלימיים ברחבי כדור הארץ."
0 תגובות