एक नए प्रकार की बर्फ (new type of ice) की खोज (discovery) की है, यूसीएल (UCL) और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय (University of Cambridge) के शोधकर्ताओं ने जो किसी भी अन्य ज्ञात बर्फ की तुलना में तरल पानी (liquid water) की तरह दिखती है और जो पानी और इसकी कई विसंगतियों के बारे में हमारी समझ को बढ़ा सकती है।

यूनिवर्सिटी ऑफ़ लंदन द्वारा 2 फरवरी, 2023 को जारी प्रेस रिलीज़ में यह जानकारी दी गई है। यह खबर सोशल मीडिया पर भी दी गई है।

एक नए प्रकार की बर्फ अनाकार है – अर्थात, इसके अणु अव्यवस्थित रूप में हैं, बड़े करीने से व्यवस्थित नहीं हैं क्योंकि वे साधारण, क्रिस्टलीय बर्फ में हैं। अनाकार बर्फ, हालांकि पृथ्वी पर दुर्लभ है, अंतरिक्ष में पाई जाने वाली बर्फ का मुख्य प्रकार है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अंतरिक्ष के ठंडे वातावरण में बर्फ में क्रिस्टल बनाने के लिए पर्याप्त तापीय ऊर्जा नहीं होती है।

साइंस जर्नल में प्रकाशित अध्ययन के लिए, शोध दल ने बॉल मिलिंग नामक एक प्रक्रिया का इस्तेमाल किया, जिसमें -200 डिग्री सेंटीग्रेड तक ठंडा किए गए जार में स्टील की गेंदों के साथ सामान्य बर्फ को जोर से हिलाया जाता है।

उन्होंने पाया कि, साधारण बर्फ के छोटे टुकड़ों के साथ समाप्त होने के बजाय, इस प्रक्रिया से बर्फ का एक नया अनाकार रूप निकला, जो कि अन्य सभी ज्ञात आयनों के विपरीत, तरल पानी के समान घनत्व था और जिसका राज्य ठोस रूप में पानी जैसा था। उन्होंने नए बर्फ का नाम मध्यम-घनत्व अनाकार बर्फ (एमडीए) रखा।

टीम ने सुझाव दिया कि एमडीए (जो एक महीन सफेद पाउडर जैसा दिखता है) बाहरी सौर मंडल के बर्फ के चंद्रमाओं के अंदर मौजूद हो सकता है, क्योंकि बृहस्पति और शनि जैसे गैस दिग्गजों से ज्वारीय बल सामान्य बर्फ पर समान कतरनी बल लगा सकते हैं, जो बॉल मिलिंग द्वारा बनाए गए हैं। . इसके अलावा, टीम ने पाया कि जब एमडीए को गर्म किया गया था और पुन: स्थापित किया गया था, तो उसने असाधारण मात्रा में गर्मी जारी की, जिसका अर्थ है कि यह विवर्तनिक गतियों को ट्रिगर कर सकता है और बृहस्पति के गेनीमेड जैसे चंद्रमाओं पर बर्फ के मोटे आवरण के किलोमीटर में “आइसक्वेक” कर सकता है। )
वरिष्ठ लेखक प्रोफेसर क्रिस्टोफ साल्ज़मान (यूसीएल रसायन शास्त्र) ने कहा: “पानी सभी जीवन की नींव है। हमारा अस्तित्व इस पर निर्भर करता है, हम इसे खोजने के लिए अंतरिक्ष मिशन लॉन्च करते हैं, फिर भी वैज्ञानिक दृष्टिकोण से इसे कम समझा जाता है।”हम बर्फ के 20 क्रिस्टलीय रूपों के बारे में जानते हैं, लेकिन पहले केवल दो मुख्य प्रकार के अनाकार बर्फ की खोज की गई है, जिन्हें उच्च घनत्व और कम घनत्व वाले अनाकार आयनों के रूप में जाना जाता है। उनके बीच एक विशाल घनत्व अंतर है और स्वीकृत ज्ञान यह रहा है कि उस घनत्व अंतर के भीतर कोई बर्फ मौजूद नहीं है। हमारे अध्ययन से पता चलता है कि एमडीए का घनत्व ठीक इसी घनत्व अंतर के भीतर है और इस खोज के तरल पानी और इसकी कई विसंगतियों की हमारी समझ के दूरगामी परिणाम हो सकते हैं। तरल पानी और इसकी कई विसंगतियों की हमारी समझ के लिए दूरगामी परिणाम हो सकते हैं।”
ज्ञात अक्रिस्टलीय आयनों के बीच घनत्व अंतर ने वैज्ञानिकों को सुझाव दिया है कि पानी वास्तव में बहुत ठंडे तापमान पर दो तरल पदार्थों के रूप में मौजूद है और सैद्धांतिक रूप से, एक निश्चित तापमान पर, ये दोनों तरल पदार्थ सह-अस्तित्व में हो सकते हैं, जिसमें एक प्रकार दूसरे के ऊपर तैरता है। जैसे तेल और पानी मिलाते समय। इस परिकल्पना को कंप्यूटर सिमुलेशन में प्रदर्शित किया गया है, लेकिन प्रयोग द्वारा इसकी पुष्टि नहीं की गई है। शोधकर्ताओं का कहना है कि उनका नया अध्ययन इस विचार की वैधता पर सवाल उठा सकता है।

प्रोफ़ेसर साल्ज़मैन ने कहा: “पानी के मौजूदा मॉडलों का फिर से परीक्षण किया जाना चाहिए। उन्हें मध्यम-घनत्व अनाकार बर्फ के अस्तित्व की व्याख्या करने में सक्षम होने की आवश्यकता है। यह अंततः तरल पानी की व्याख्या करने के लिए प्रारंभिक बिंदु हो सकता है।”

शोधकर्ताओं ने प्रस्तावित किया कि नई खोजी गई बर्फ तरल पानी की सही कांच जैसी अवस्था हो सकती है – यानी ठोस रूप में तरल पानी की एक सटीक प्रतिकृति, उसी तरह जैसे कि खिड़कियों में कांच तरल सिलिकॉन डाइऑक्साइड का ठोस रूप है। हालाँकि, एक अन्य परिदृश्य यह है कि एमडीए बिल्कुल भी कांच जैसा नहीं है, बल्कि एक भारी कतरनी वाली क्रिस्टलीय अवस्था में है।

सह-लेखक प्रोफेसर एंड्रिया सेला (यूसीएल केमिस्ट्री) ने कहा: “हमने दिखाया है कि स्टॉप-मोशन प्रकार के पानी की तरह दिखने वाला बनाना संभव है। यह एक अप्रत्याशित और काफी आश्चर्यजनक खोज है।”

यूसीएल केमिस्ट्री में प्रायोगिक कार्य करने वाले प्रमुख लेखक डॉ अलेक्जेंडर रोसु-फिन्सन ने कहा: “हमने लंबे समय तक बर्फ को पागलों की तरह हिलाया और क्रिस्टल संरचना को नष्ट कर दिया। बर्फ के छोटे टुकड़ों के साथ समाप्त होने के बजाय, हमने महसूस किया कि हम कुछ उल्लेखनीय गुणों के साथ पूरी तरह से नई तरह की चीज लेकर आए हैं।

प्रोफ़ेसर साल्ज़मैन ने कहा: “पानी के मौजूदा मॉडलों का फिर से परीक्षण किया जाना चाहिए। उन्हें मध्यम-घनत्व अनाकार बर्फ के अस्तित्व की व्याख्या करने में सक्षम होने की आवश्यकता है। यह अंततः तरल पानी की व्याख्या करने के लिए प्रारंभिक बिंदु हो सकता है।”

शोधकर्ताओं ने प्रस्तावित किया कि नई खोजी गई बर्फ तरल पानी की सही कांच जैसी अवस्था हो सकती है – यानी ठोस रूप में तरल पानी की एक सटीक प्रतिकृति, उसी तरह जैसे कि खिड़कियों में कांच तरल सिलिकॉन डाइऑक्साइड का ठोस रूप है। हालाँकि, एक अन्य परिदृश्य यह है कि एमडीए बिल्कुल भी कांच जैसा नहीं है, बल्कि एक भारी कतरनी वाली क्रिस्टलीय अवस्था में है।

सह-लेखक प्रोफेसर एंड्रिया सेला (यूसीएल केमिस्ट्री) ने कहा: “हमने दिखाया है कि स्टॉप-मोशन प्रकार के पानी की तरह दिखने वाला बनाना संभव है। यह एक अप्रत्याशित और काफी आश्चर्यजनक खोज है।”

यूसीएल केमिस्ट्री में प्रायोगिक कार्य करने वाले प्रमुख लेखक डॉ अलेक्जेंडर रोसु-फिन्सन ने कहा: “हमने लंबे समय तक बर्फ को पागलों की तरह हिलाया और क्रिस्टल संरचना को नष्ट कर दिया। बर्फ के छोटे टुकड़ों के साथ समाप्त होने के बजाय, हमने महसूस किया कि हम कुछ उल्लेखनीय गुणों के साथ पूरी तरह से नई तरह की चीज लेकर आए हैं।

क्रिस्टलीय बर्फ के बार-बार यादृच्छिक कतरन के माध्यम से बॉल-मिलिंग प्रक्रिया की नकल करके, टीम ने एमडीए का एक कम्प्यूटेशनल मॉडल भी बनाया। यूसीएल और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में आईसीई (इंटरफेस, उत्प्रेरक और पर्यावरण) प्रयोगशाला में पीएचडी छात्र के दौरान कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग करने वाले डॉ माइकल डेविस ने कहा: “एमडीए की हमारी खोज तरल पानी की प्रकृति पर कई सवाल उठाती है और इसलिए एमडीए की सटीक परमाणु संरचना को समझना बहुत महत्वपूर्ण है।”

बॉल मिलिंग एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग कई उद्योगों में सामग्री को पीसने या मिश्रण करने के लिए किया जाता है, लेकिन पहले इसे बर्फ पर लागू नहीं किया गया था। अध्ययन में, तरल नाइट्रोजन का उपयोग पीस जार को -200 डिग्री सेंटीग्रेड तक ठंडा करने के लिए किया गया था और बॉल-मिल्ड बर्फ का घनत्व तरल नाइट्रोजन में इसकी उछाल से निर्धारित किया गया था। शोधकर्ताओं ने एमडीए की संरचना और गुणों का विश्लेषण करने के लिए कई अन्य तकनीकों का इस्तेमाल किया, जिसमें यूसीएल में एक्स-रे विवर्तन (बर्फ से परावर्तित एक्स-रे के पैटर्न को देखते हुए) और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (यह देखते हुए कि बर्फ कैसे बिखरती है) शामिल है। इसकी लंबी दूरी की संरचना का पता लगाने के लिए यूसीएल सेंटर फॉर नेचर इंस्पायर्ड इंजीनियरिंग में रसायन विज्ञान के साथ-साथ लघु-कोण विवर्तन।

इसके अलावा, उन्होंने गर्म तापमान पर मध्यम-घनत्व वाली बर्फ के पुन: क्रिस्टलीकृत होने पर निकलने वाली गर्मी की जांच के लिए कैलोरीमेट्री का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि, यदि उन्होंने एमडीए को संपीड़ित किया और फिर इसे गर्म किया, तो इसने आश्चर्यजनक रूप से बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी की, क्योंकि यह दर्शाता है कि H2O एक उच्च-ऊर्जा भूभौतिकीय पदार्थ हो सकता है जो सौर मंडल के बर्फ के चंद्रमाओं में विवर्तनिक गतियों को चला सकता है। (Courtesy : UCL News tweet)