Könnuðu einstaka eiginleika vatns

Vatn er grundvallarforsenda lífs eins og við þekkjum það en þrátt fyrir það hafa ýmsir einstakir eiginleikar þess verið mönnum ráðgáta. Kjartan Thor Wikfeldt, sérfræðingur í eðlisfræði við Háskóla Íslands, hefur ásamt hópi vísindamanna unnið að rannsóknum á ofurkældu vatni til að dýpka skilning manna á þessum sannkallaða lífselixír. Grein þeirra birtist á forsíðu hins virta vísindatímarits Nature nú í sumar.

„Vatn býr yfir mjög mörgum óvenjulegum eðliseiginleikum. Sá sem er kannski þekktastur er að ís flýtur ofan á vatni. Fastur fasi nánast allra annarra efna sekkur til botns í vökvafasanum. Væri ekki fyrir þennan eiginleika vatns þá væru öll höf jarðarinnar frosin frá botni og upp og líf væri varla mögulegt,“ segir Kjartan.

Þessir óvenjulegu eiginleikar vatns verða ennþá óvenjulegri við svonefnda ofurkælingu, það er þegar vatnið er kaldara en 0°C en engu að síður ennþá fljótandi. Af þessum sökum telja margir að orsakir eiginleikanna sé að finna við ofurkæld hitastig. Ofurkæling á sér meðal annars stað í náttúrunni, að sögn Kjartans, í skýjum og rigningu.

„Þegar ofurkældir regndropar lenda á jörðinni breytast þeir samstundis í flughálan ís sem er stórhættulegur fyrir bæði gangandi vegfarendur og bílaumferð,“ segir hann.

Við rannsóknir vísindamannanna voru örsmáir vatnsdropar, aðeins milljónasti hluti af metra að þvermáli, snöggkældir niður í allt að -46°C í lofttæmi. Á þá var svo skotið röntgengeislum en tvístrun geislanna gefur upplýsingar um sameindaröðun dropanna. Hlutverk Kjartans var að túlka niðurstöðurnar sem þannig fengust, meðal annars með því að bera þær saman við tölvulíkön.

„Þetta eru algerar grunnrannsóknir sem stýrast af grundvallarforvitni um hvernig efnasambandið vatn hagar sér. Vatn er mikilvægasti vökvi í heimi fyrir okkur á jörðinni og eina leiðin fyrir líf er að vatn sé til staðar. Þessir óvenjulegu eiginleikar vatns eru ennþá ekki nægilega vel skildir en þeir hafa áhrif á hluti eins og líf á jörðinni, veðurfræði, loftslagsfræði og efnafræði. Með því að skilja betur grundvallareiginleika vatns mun það seinna meir meðal annars leiða til miklu betri skilnings á mikilvægum efnahvörfum og líffræði sem getur haft beinar hagnýtar afleiðingar,“ segir Kjartan um rannsóknirnar.

Kjartan Thor Wikfeldt, eðlisfræðingur. Einn höfunda greinar í Nature um rannsóknir á ofurkældu vatni.