USA teadlased on leidnud tõendeid selle kohta, et isegi toatemperatuuril vedela vee pinnal on struktuur, mis vee-õhu liidesele lähenedes näeb üha enam välja nagu jää. Phillip Geissler ja Nathan Odendahl California ülikoolist Berkeleys, sooritanud arvutisimulatsioone õhu ja vee ebaühtlasest liidesest ning tuvastatud järjestatud motiividest, millel on nende sõnul jääga olulisi sarnasusi.
Alates atmosfäärist kuni inimese kopsudeni toimuvad paljud planeedi kõige olulisemad protsessid veepiiskade pinnal, mis annab sellele uurimistööle potentsiaalse mõju füüsika, keemia ja bioloogia valdkonnas.
"Asjad, millega oleme nii palju aastakümneid töötanud, et mõista vett selle massikeskkonnas, muutuvad liidestes lihtsalt valesti," ütles Geissler, kes kasutas simulatsioone vee uurimiseks molekulaarsel tasemel, mis pole katsetes kättesaadav. Õhu-vee liidese spektroskoopilised mõõtmised on andnud üllatavaid tulemusi, mis viitavad korrastatud vesiniksidemetele pinnal. Geissler ja Odendahl olid uudishimulikud varasemate simulatsioonide kohta, mis pakkusid jääd pindadevahelise vee struktuuri võrdluspunktiks, kuid nad ei arvanud, et need tulemused olid lõplikud. Selle tulemusena töötasid nad välja viisi, kuidas neid mustreid üksikasjalikumalt otsida.
Struktuuri otsimine häirest
Vedel vesi on korrastamata, nii et teadlased teadsid, et otsitavaid struktuure on raske leida, ulatudes vaid mõnele molekulile ja mattunud müra alla. Neil oli mõte, et varasematel uurijatel puudusid detailid, kuna nad olid liidest käsitlenud tasapinnalisena, kuigi see on tegelikult pehme ja konarlik. Pehme õhu ja vee liideste kallal töötamist alustati üle 10 aasta tagasi ja see paljastas pinnaga paralleelsed kihid, kuid Geissler ja Odendahl kasutasid seda esimestena jääga seose otsimiseks.
Geissler ütles, et oli üllatunud, kui Odendahl näitas talle esimesi tulemusi, mis katsid jää ja vee-õhu liideseid. Nad väidavad, et hetkelise liidese täiendava detaili tõttu saab veepinnal olevad kihid jagada alamkihtideks (vt ülaltoodud joonist). Paralleelsed alamkihid on jää põhipinna tunnusjoon ja need näitavad, mida duo on veendunud, et jää ja vee-õhu liideste kihtide vahel on silmatorkav sarnasus.
Kasutades neid alamkihte võrdluspunktina, võrdlesid Geissler ja Odendahl molekulide orientatsioone, teades, et see on jääs olevate tetraeedriliste veemolekulide jaoks hästi määratletud. Kui teadlased kaardistasid hapnik-vesiniksidemete eelistatud suuna veepinna lähedal, täheldasid nad järjestust, mille kohta nad jälle väitsid, et see näib vastavat jääpinnale. Nendel mustritel on paar molekuli läbimõõtu, mis on suurem kui veekogus eeldatavad mööduvad tetraeedrilised struktuurid.
Katkine sümmeetria sunnib vett organiseeruma
Oma järelduste poolt vaieldes ütles Odendahl: "Selle paindliku liidese olemasolu andis meile tõesti kindlustunde öelda, et see pole vaid paar juhuse mõõdikut. Kui vaatate tihedust, kui vaatate orientatsiooni, kui vaatate mitut kihti, ainult kõike, mida me vaatasime, siis tundus, et see vastab."
Vesi osutub liidestes elektriliselt surnuks
Vedelike statistilise mehaanika uuringute tõlgendamine on aga alati vaieldav. Jätkuv arutelu vee-õhu liidese üle taandub põhiküsimusele, kuidas jää defineeritakse ja kas struktuuril, mis ulatub üle vaid mõne molekuli, võib öelda, et sellel on kristallilaadsed omadused. Nende tulemustele mõeldes ütles Geissler: "Nüüd on meil see struktuurne võrdluspunkt nende struktuurimotiivide üle mõtlemiseks ja ma arvan, et see osutub lõpuks väga kasulikuks kontseptuaalseks tööriistaks."
Uuringut on kirjeldatud Ameerika keemilise ühiskonna ajakiri.
