Buz günlük hayatımızın o kadar yaygın bir parçası ki, hakkında ne kadar az şey bildiğimizi fark etmiyoruz bile. İster kahvemizin içindeki o katı su hali olsun, isterse Dünya dışı gezegenlerin yüzeylerini kaplayan gizemli tabakalar, bilim insanlarının buz hakkında henüz tam olarak cevaplayamadığı şaşırtıcı derecede uzun bir soru listesi var.
Şaşırtıcı bir şekilde, bilim insanları sürekli olarak tamamen yeni buz türleri keşfetmeye devam ediyor ve suyun farklı ortamlarda nasıl katılaştığına dair gizemi daha da derinleştiriyor.
XXI buzunun doğuşu: Sıvı sudan hızlı sıkıştırma yolu
Kore Standartlar ve Bilim Araştırma Enstitüsü (KRISS) liderliğindeki uluslararası bir ekip, heyecan verici bir keşfi duyurdu. Nature Materials dergisinde yayımlanan makaleye göre, bilim insanları oda sıcaklığında suyun hızla sıkıştırılmasıyla oluşan, tamamen yeni bir buz fazı olan XXI buzunu keşfetti.
Bu yeni buz türünü özellikle ilginç kılan, daha önce bilinen bir buz türü olan VI buzu ile aynı basınç aralığında ortaya çıkması. VI buzunun ise Güneş Sistemi’ndeki Jüpiter’in uydusu Ganymede ve Satürn’ün uydusu Titan gibi buzlu uyduların derinliklerinde var olduğu düşünülüyor.
Kimyasal açıdan bakıldığında, yalnızca hidrojen ve oksijen içeren su, katı hale geçtiğinde 20 farklı kristal yapı oluşturabiliyor. XXI buzu, adından da anlaşılacağı gibi, bu keşfedilen 21. saf buz dizilimi olarak kayıtlara geçti.
Çalışmanın kıdemli yazarı ve KRISS araştırmacısı Geun Woo Lee, “Böylesine basit bir malzemenin nasıl bu kadar farklı kristal fazı oluşturabildiğine dair cevaplanmamış birçok soru var” diyerek, araştırmalarının temel amacının “sudan buza kristalleşmenin ayrıntılı yollarını anlamak” olduğunu belirtiyor.
Araştırmacılar, bu yeni buz formlarını bulmak için farklı sıcaklık ve basınçlarla deneyler yaparak, su moleküllerinin kendilerini buza dönüştürdüğü çeşitli yolları belirlemeye odaklandı. Deney sırasında ekip, VI buzu formunun oluşması beklenen basınç bölgesi içinde gizli bir kristalleşme yolu keşfetti.
Lee, bu keşfi şöyle açıklıyor: “Suyun hızlı bir şekilde sıkıştırılması, normalde VI buza kristalleşmiş olması gereken basınçlarda bile sıvının daha yüksek basınçlara kadar sıvı kalmasını sağlıyor.“
VI buzuna giden bu yolda, XXI buzu yarı kararlı bir yapı olarak oluşuyor. Yarı kararlı olmak, buzun bir faz ile diğeri arasında hassas bir denge durumunda kalması ve araştırmacıların belirttiği gibi, başka bir buz türü bu koşullarda daha kararlı olsa bile belirli bir süre varlığını koruyabilmesi anlamına geliyor.
Dev X-ışını lazerleri ile yapı analizi
Bu keşfi gerçekleştirmek için bilim insanları, “steroidli bir fındık kırıcıya” benzeyen, normal hava basıncının 20.000 katına kadar aşırı basınç üretebilen iki elmas örs hücresi kullandı. Ekip, hücrelerdeki su moleküllerini sürekli sıkıştırıp gevşetirken, Avrupa XFEL’deki dev X-ışını lazerleri, buzun içindeki her mikrosaniye değişimi kaydetti.
Ardından, Almanya’daki DESY Merkezi’nde bulunan PETRA III adlı parçacık hızlandırıcısını kullanarak XXI buzu’nun kesin kristal yapısı belirlendi. Analizler, bu yeni fazın tetragonal bir kristal yapısına sahip olduğunu ve daha önce görülen hiçbir buz fazına benzemediğini ortaya koydu.
Çalışmanın ortak yazarı ve DESY Merkezi’nden fizikçi Rachel Husband, bu bulguların daha fazla sayıda yüksek sıcaklıkta yarı kararlı buz fazının ve bunlarla ilişkili geçiş yollarının var olabileceğini gösterdiğini belirtiyor. Husband, bu tür ileri araştırmaların gelecekte buzlu uyduların iç bileşimine dair yepyeni bilgiler sunabileceğini ekliyor.
Lee’nin de dediği gibi: “Su, evrendeki en gizemli maddelerden biri. Bu kadar basit iki elementin bu kadar çok farklı faz türü oluşturması inanılmaz. Henüz keşfedilmemiş başka buz kristali fazları olduğuna inanıyoruz.“
