Ootamatu avastus: vesi esineb kahes erinevas vedelas olekus

Rootsi teadlased tegid kindlaks, et veel on kaks erinevat vedelat olekut, mis selgitavad ka paljusid vee iseäraseid omadusi. Foto: Mattias Karlén

Röntgenkiirtega pommitamine näitas, et veel on kaks selgelt eristuvat vedelat faasi, teatasid Stockholmi Ülikooli teadlased.

Kui keegi arvab, et füüsikas on selge niipaljugi, et ainetel on selged faasid – vedel, tahke ja gaasiline, erilisematel juhtudel plasmagi - , siis rootsi teadlaste värske uuring näitab järjekordselt, et loodus võib olla keerukam ja veidram kui me arvata oskame.

Elu Maal ei oleks ilma veeta teatavasti võimalik. Suures osas tuleneb vee oluline roll tema iseärastest omadustest – teadlased on kokku lugenud enam kui 70 omadust, mis eristavad vett teistest vedelikest. Need seostuvad näiteks selliste märksõnadega nagu sulamistemperatuur, tihedus ja soojusmahutavus.

«Uus tähelepanuväärne omadus on, et madalatel temperatuuridel, kus jääkristallide teke väga aeglaselt toimub, võib vesi esineda kahe erineva vedelikuna,» võttis Ameerika Teaduste Akadeemia Toimetistes avaldatud uuringu sisu kokku selle juhtivautor, Stockholmi Ülikooli keemilise füüsika professor Anders Nilsson.

Uuring annab vastuse kosmoses esinevate jäävormide vaatlusel tekkinud küsimustele. Nimelt on juba mõnda aega teada, et erinevalt Maa peal esinevatest jääkristallidest on veel kosmoses tihtipeale mitu tahket olekut. Niinimetatud amorfne jää koosneb nimelt kõrge ja madala energiatasemega osakestest, mis on omavahel korrapäratult segunenud. Oma tööga kinnitasid Rootsi teadlased, et erinevad tahked vormid tekivad erinete vedelike jäätumisel.

«Olen amorfset jääd juba kaua aega uurinud ja lootnud, et saan kunagi teha kindlaks, kas tegemist on erinevate vedelike jäätunud olekutega,» ütles ülikooli teadur Katrin Amann-Winkel. «Selle uuringuga täitub mu unistus – me näeme, kuidas vee klaasjas olek muundub viskoosseks vedelikuks, mis muundub seejärel kohe teistsuguseks, veelgi viskoossemaks ja madalama tihedusega vedelikuks.»

Avastuse teeb veelgi tähelepanuväärsemaks asjaolu, et olekud tehti kindlaks Röntgeni kiirte abil. Juba Wolfgang Röntgen, kes selle meetodi eest maailma esimese Nobeli füüsikapreemia pälvis, spekuleeris, et vedelal veel võib olla mitu erinevat vormi, mille omavahelised interaktsioonid põhjustavad ka selle iseärased omadused.

«Meie uued tulemused toetavad käsitlust, kus toatemperatuuril ei suuda vesi otsustada, kumba oma kahest olekust valida – kas kõrgema või madalama energiaga. Seetõttu hakkabki vesi nende kahe oleku vahel edasi-tagasi kõikuma,» kirjeldas näiliselt tavalises vees toimuvat füüsikat Stockholmi Ülikooli teoreetilise keemilise füüsika professor Lars G.M. Pettersson. «Kõige lühemalt öeldes ei ole vesi mitte keerukas vedelik, vaid kaks erinevat lihtsat vedelikku, mis on omavahel keerukates suhetes.»

Teadlased ennustavad, et uute teadmiste põhjal tekib on võimalik arendada välja uusi ja efektiivsemaid meetodeid vee puhastamiseks ja ka biomolekulide mõistmiseks.

Stockholmi teadlaste uuringut kirjeldav teadusartikkel ilmus Ameerika Riikliku Teaduste Akadeemia Toimetistes.