Jedním z nejpodivnějších stavů je skleněná voda — pevná, amorfní fáze, která není ledem, ale zároveň není kapalná. Je tvrdá jako sklo, ale její molekuly připomínají tekutinu, která byla „zastavena v pohybu“.
Tento materiál není jen kuriozitou: může být klíčem k pochopení fundamentálních vlastností vody i podmínek na jiných planetách.
Co je amorfní led: pevná voda, která nemá žádný řád
Klasický led má krystalickou strukturu — molekuly vody se v něm řadí do pravidelného geometrického uspořádání. Skleněná voda je jiná.
Je to amorfní led, tedy pevná fáze, ve které molekuly nevytvářejí krystalovou mřížku.
Existují tři hlavní typy amorfního ledu:
HDA (High-Density Amorphous Ice)
LDA (Low-Density Amorphous Ice)
VHDA (Very High-Density Amorphous Ice)
Tyto stavy připomínají kapalinu, která byla zmražena tak rychle, že se nestihla uspořádat — doslova „zmrzlá tekutina“.
Skleněná voda tak může být pevná jako kámen, ale její vnitřní struktura je blízká kapalině.
Jak skleněná voda vzniká: extrémní tlak, ultrarychlé chlazení nebo planetární podmínky
Skleněnou vodu neumíme vytvořit běžným zmrazením.
Je potřeba extrémní prostředí, například:
rychlé chlazení tekutiny tempem až milion stupňů za sekundu,
vysoký tlak nad stovky megapaskalů,
kombinace tlaku a teploty, která zabrání krystalizaci.
Proto se skleněná voda pravděpodobně vyskytuje přirozeně i ve vesmíru — na měsících, kometách či ledových planetách, kde je tlak a teplota mimo pozemské standardy.
Některé modely naznačují, že amorfní led je na vesmírných tělesech běžnější než klasický krystalický led.
ČTĚTE TAKÉ: Voda, která si pamatuje: fascinující experimenty s molekulární strukturou
Podivné chování: pevná látka, která se chová jako přechlazená kapalina
Jedním z nejzajímavějších aspektů skleněné vody je její relaxace. I když je pevná, molekuly mají dost volnosti k tomu, aby se přeskupovaly — velmi pomalu, ale měřitelně.
Vědci zjistili, že:
skleněná voda může přejít mezi různými amorfními stavy,
při zahřívání či tlaku náhle mění hustotu,
její přeskupování připomíná „tekutost bez tekutosti“.
To je klíčové pro pochopení tzv. vodního paradoxu — hypotézy, že voda může mít dvě kapalné fáze:
„vysokohustotní“ kapalina,
„nízkohustotní“ kapalina.
Skleněná voda by mohla být stopou tohoto skrytého chování.
Struktura mezi světy: proč je skleněná voda důležitá pro fyziku i biologii
Voda je rozsivá molekula — její vlastnosti určují podmínky života.
Skleněná voda pomáhá vysvětlit:
proč je voda nejhustší při 4 °C,
jak fungují buněčné membrány při nízkých teplotách,
proč se led chová jinak než většina látek,
jak je možné, že voda tvoří tolik různých fází.
Studium amorfní vody naznačuje, že klasické modely vody jsou příliš jednoduché. Voda se může chovat jako hlukový materiál — systém, který reaguje komplexněji, než se zdá.
ČTĚTE TAKÉ: Voda starší než Slunce: astronomové objevili kosmický pramen života v disku mladé hvězdy
Vesmírné souvislosti: amorfní led jako nejběžnější forma vody ve Sluneční soustavě
Na Zemi je amorfní led vzácný, ale ve vesmíru je pravděpodobně nejběžnější formou pevné vody.
Spektroskopická měření ukazují, že amorfní led se nachází:
na povrchu komet,
na měsících Jupitera a Saturnu,
v prstencích Saturnu,
v meziplanetárním prachu.
Tento led vzniká tam, kde je teplota velmi nízká a tlak minimální — přesně podmínky hlubokého vesmíru.
Je tedy možné, že nejběžnější forma vody ve Sluneční soustavě není ta, kterou známe z každodenního života.
Skleněná voda jako okno do skrytého chování hmoty
Skleněná voda je pevná, ale chová se jako tekutina. Nejde o kuriozitu — je to klíč k pochopení toho, proč je voda tak zvláštní.
Amorfní led ukazuje, že voda má hlubší mechaniku, než jsme si mysleli, a může existovat ve stavech, které odporují běžným pravidlům termodynamiky.
Studium skleněné vody otevírá cestu k novým modelům vody, lepším simulacím planet a pochopení toho, jak se hmota chová v extrémních podmínkách vesmíru.
Zdroje
Mishima, O. & Stanley, H. E. (1998). The Two-Liquid Model of Water. Nature, 396.
Loerting, T. & Giovambattista, N. (2006). Amorphous Ice: Experiments and Simulations. Journal of Physics: Condensed Matter, 18.
Petrenko, V. F. & Whitworth, R. W. (1999). Physics of Ice. Oxford University Press.
NASA Goddard. Amorphous Ice in the Solar System (2022).
Debenedetti, P. G. (2003). Supercooled and Glassy Water. Journal of Physics: Condensed Matter, 15.
ESA Planetary Ices Group. Spectral Signatures of Extraterrestrial Amorphous Ice (2023).
