Vesi jäätyy nollassa celsiusasteessa, sehän on selvää, eikö?

Useimmissa tapauksissa kyllä, mutta vanha kunnon vesi tarjoaa aina yllätyksiä. Vettä on mahdollista oikeissa olosuhteissa viilentää nollaa celsiusastetta kylmemmäksikin niin, että se pysyy nestemäisenä.

Nyt tutkijat ovat kahdessa eri tutkimuksessa selvittäneet tällaisen alijäähtyneen veden ominaisuuksia. Tutkimuksissa on paljastunut, että alijäähtynyt nestemäinen vesi alkaa käyttäytyä hyvin erikoisesti alle -40 celsiusasteen lämpötilassa.

Normaalisti jäätymispisteen paikkeilla vesi alkaa kiteytyä jonkin jäätymisytimen, esimerkiksi hiukkasen tai suolakiteen ympärille. Jos tällaisia sopivia ytimiä ei vedessä ole, vesi voi jäähtyä paljon kylmemmäksi.

Eurooppalaistutkijoiden uudessa tutkimuksessa on onnistuttu rikkomaan ennätys siinä, kuinka kylmäksi vettä on onnistuttu jäähdyttämään niin, että se pysyy nestemäisessä muodossa.

Physical Review Letters -julkaistussa tutkimuksessa ilmeni, että nestemäinen vesi on mahdollista jäähdyttää ainakin -42,55 celsiusasteeseen.

Veden lämpötilan mittaaminen näin kylmässä ei ole helppoa. Tutkijat onnistuivat tekemään tarkkoja mittauksia seuraamalla tyhjiöputkessa olevia pieniä vesipisaroita ja valaisemalla niitä laserilla.

Toisessa Tukholman yliopiston tutkimuksessa on puolestaan onnistuttu tekemään havaintoja siitä, miten erikoisesti vesi käyttäytyy näin kylmissä lämpötiloissa. Röntgenlasereiden avulla tutkijat ovat onnistuneet osoittamaan, että kun alijäähtynyt vesi muuttuu tarpeeksi kylmäksi, se alkaa vaihdella edestakaisin kahden erilaisen nestemäisen tilan välillä, ikään kuin se ei pystyisi päättämään, kummassa se haluaa olla. Näissä eri tiloissa vesimolekyylit yhdistyvät toisiinsa eri tavoilla, ja veden tiheys vaihtelee.

Tällaista kahden olotilan välillä vaihtelevaa olotilaa kutsutaan singulariteetiksi: veden tarkkaa olomuotoa ei pystytä siinä määrittämään, Gizmodo kirjoittaa.

Ilmiötä kuvaava tutkimus on ilmestynyt Science-lehdessä.

”Erikoista oli se, että pystyimme ottamaan röntgenkuvia ennennäkemättömän nopeasti ennen jäätymistä ja pystyimme havainnoimaan, miten vesi vaihteli kahden tilan välillä”, sanoo Tukholman yliopiston professori Anders Nilsson tiedotteessa.

Nilsson huomauttaa tiedotteessa, että vedellä on monia muitakin arkisesti tuttuja outoja ominaisuuksia, kuten se, että jää kelluu vedessä, vaikka se on kiinteää.

Vesi on tiheimmilään +4 celsiuasteessa, mikä selittää sen, että järvet eivät jäädy pohjaan asti, koska pohjassa on aina 4-asteista vettä ja sen päällä aina viileämpää vettä jäähän asti.

”Oli unelmien täyttymys pystyä mittaamaan vettä näin alhaisessa lämpötilassa ilman että se jäätyisi”, sanoo tutkija Harsah Pathak tiedotteessa.

”Monia yrityksiä on tehty ympäri maailmaa tämän ylärajan löytämiseksi.”

Tutkijat ennustavat, että jos alijäähtynyttä vettä onnistutaan jäähdyttämään vielä kylmemmäksi ja kohdistamaan siihen suurempaa painetta, vesi ikään kuin hajoaisi kahtia niin, että sen kaksi eri olotilaa asettuisivat omiin kerroksiinsa – vähän samalla tavalla kuin monikerroksisissa drinkeissä.