Forsker beskriver grundlæggende proces, når is komprimeres

Næsten tre fjerdedele af jordens overflade er dækket af vand. Næsten to tredjedele af den menneskelige krop består af det. Vi drikker det. Vi bruger det i vores hjem og i industrien. Som et fast stof, det er is. Som en gas, det er damp.

"Ingen forstår vand, vandets struktur. Vand har mange anomalier, " siger John Tse, University of Saskatchewan fysikprofessor og Canada Research Chair i Materials Science.

Tse har forpligtet sig i årtier til at lære mere om, hvad så mange af os tager for givet. I processen, han har tilbagevist en mangeårig fundamental hypotese om vand. Resultaterne blev offentliggjort i efteråret Fysisk gennemgangsbreve .

Nysgerrig om vand og hvordan det opfører sig, når det komprimeres til et fast stof, Tse var interesseret i et eksperiment udført i 1985 af nogle af hans kolleger, da han arbejdede i Det Nationale Forskningsråd. De opdagede et usædvanligt fænomen. Når de komprimerede is ved lave temperaturer, i stedet for at omdannes til en højtrykskrystallinsk form, hvor atomerne er organiseret i et gittermønster, isen blev omdannet til et amorft fast stof, og atomerne blev uorganiserede. De antog, at dette skyldtes "smeltning" af is ved højt tryk. Hvis det var tilfældet, den forstyrrede tilstand ville være vandlignende.

Disse konklusioner faldt ikke i god jord hos Tse, fordi konsekvensen ville være, at flydende vand er en blanding af to væsker med forskellige densiteter. På det tidspunkt, imidlertid, hverken teknologien eller ekspertisen var tilgængelig til at teste hypotesen.

"Spørgsmålet ingen stillede var, om hypotesen var korrekt, " han siger.

Tredive år senere, Tse og et forskerhold brugte to beamlines ved Advanced Photon Source, hvoraf den ene administreres af den canadiske lyskilde ved U of S. I hans papir, "Kinetisk styret to-trins amorfisering og amorf-amorf overgang i is, " Tse rapporterer, at den "vandlignende" tilstand faktisk var en mellemliggende krystallinsk fase og ikke flydende.

"Dette ændrer alt, hvad der har med vand at gøre, siger Tse.

"Vi beskrev, hvordan isen kan ændre sig fra en form til en anden. Det er betydningen af ​​resultatet, grunden til, at dette er så vigtigt. Vi kortlagde fasediagrammet i den amorfe fase. Det er en guide til at fortælle dig, hvad stoffets egenskaber er ved en bestemt tryk-temperatur-tilstand."

Videnskab er enten drevet af nysgerrighed eller nødvendighed eller begge dele, siger Tse.

"Fundamental videnskab er vigtigt arbejde. Hvis vi ikke arbejder med grundlæggende videnskab, vi ved ikke, hvor vi kommer fra. Vi kommer til at mangle noget. Nysgerrighed driver denne forskning. Vi havde en grundlæggende hypotese, og vi lavede eksperimentet og forsøgte at afklare. Vi ved nu præcis, hvad der foregår."

Tse fortsætter sit arbejde med vand, og hvordan det ændrer sig som funktion af tryk og temperatur. Vand er endnu mere kompliceret, fordi atomerne bevæger sig. i is, atomerne bevæger sig ikke, men de er uordnede. I begge tilfælde han siger, der er stadig mere at lære.

"Man ser altid på gamle problemer, der ikke er blevet løst, men med udviklingen et nyt instrument og en ny teori, du kan måske løse det gamle problem og så bygge videre på det."