Scienziati scoprono la XXI forma del ghiaccio

Roma – Una nuova e sorprendente forma di ghiaccio, creata a temperatura ambiente ma sotto pressioni elevatissime, è stata scoperta da un team internazionale di scienziati guidato dal Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) in collaborazione con il Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) e il laboratorio europeo XFEL. La nuova fase, battezzata ghiaccio XXI, è stata osservata per la prima volta grazie agli intensi impulsi di raggi X ultrabrevi generati dall’European XFEL e descritta sulla rivista Nature Materials. Il risultato getta nuova luce sulla fisica dell’acqua e sui processi che ne determinano le molteplici configurazioni solide — oltre venti note finora — in base a temperatura e pressione. Il ghiaccio XXI si distingue da tutte le forme precedenti per la sua struttura cristallina tetragonale, caratterizzata da celle elementari più grandi del normale. Si forma quando l’acqua viene compressa rapidissimamente a circa due gigapascal, pari a 20.000 volte la pressione atmosferica, e rimane metastabile, cioè temporaneamente stabile anche se non nella configurazione più energeticamente favorevole. “Comprimendo l’acqua in modo estremamente rapido, essa resta liquida a pressioni in cui normalmente si trasformerebbe in ghiaccio VI”, spiega Geun Woo Lee, ricercatore del KRISS e primo autore dello studio. “Questo comportamento permette di esplorare percorsi di cristallizzazione finora sconosciuti e di individuare nuove fasi di ghiaccio ad alta temperatura e pressione”. Per generare le condizioni necessarie, gli scienziati hanno utilizzato celle a incudine di diamante, strumenti capaci di comprimere microscopiche quantità d’acqua tra due punte di diamante. Durante cicli di compressione e decompressione della durata di pochi millisecondi, il team ha impiegato gli impulsi a raggi X dell’XFEL per catturare immagini del campione ogni microsecondo, ottenendo una sorta di film che mostra la nascita del nuovo ghiaccio. “Grazie agli impulsi unici dell’XFEL – spiega Cornelius Strohm, del team HIBEF di DESY – abbiamo osservato più percorsi di cristallizzazione dell’acqua supercompressa. In questo modo possiamo comprendere meglio come si formano le fasi metastabili del ghiaccio, processi che potrebbero avvenire anche nelle profondità delle lune ghiacciate come Titano o Ganimede”. Ulteriori analisi condotte con la sorgente di raggi X PETRA III di DESY hanno confermato la particolare geometria della struttura del ghiaccio XXI, fornendo nuovi dati sulla disposizione molecolare sotto pressioni estreme. “La scoperta dimostra che potrebbero esistere molte altre fasi di ghiaccio ancora sconosciute – sottolinea Rachel Husband, del team DESY-HIBEF – e aiuta a comprendere la composizione interna dei corpi planetari ghiacciati del Sistema Solare”. Secondo Sakura Pascarelli, direttrice scientifica dell’European XFEL, il risultato rappresenta “una delle più importanti scoperte nate dal programma Water Call, dedicato agli studi avanzati sull’acqua. È la prova concreta del potenziale dell’XFEL per svelare i segreti di una sostanza tanto semplice quanto complessa come l’H₂O”. Con il ghiaccio XXI, la famiglia delle fasi solide dell’acqua si arricchisce di un nuovo capitolo, offrendo una chiave per comprendere i comportamenti estremi della materia nei pianeti, nelle lune e nei laboratori della Terra. (30Science.com)