Oggi ho letto un articolo molto interessante sull’acqua, fresco di pubblicazione su Science ( l’articolo integrale qui) . Non tutti, anzi probabilmente pochi sanno che l’acqua è una sostanza tutt’altro che “normale”. Anzi, rispetto alla maggior parte dei liquidi, si comporta in modo paradossale. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Stoccolma, ha pubblicato uno studio che potrebbe aver chiarito da dove vengono le stranezze dell’acqua. Facendo un passo indietro, ci sono degli esempi pratici che possono aiutarci a capire in cosa l’acqua sia “strana”. Per esempio, in generale quando una sostanza si raffredda, di solito si contrae e diventa più densa. L’acqua invece no. Basta pensare al ghiaccio che galleggia in un bicchiere. Questo succede perché la densità dell’acqua è minore nello stato solido rispetto al liquido. In più, l’acqua liquida raggiunge la sua massima densità a 4 °C. Per questo, in un lago o in mare, l’acqua più densa tende a stare sul fondo proprio intorno a quella temperatura. Se invece la si raffredda ulteriormente, sotto i 4 °C, ricomincia ad espandersi. Ma non è tutto, ci sono anche altre proprietà che seguono andamenti atipici: la comprimibilità, la capacità termica, la viscosità. Da oltre un secolo, gli scienziati cercano di capire da dove vengano queste anomalie.
Ora è stato identificato un punto critico nell’acqua super-raffreddata, cioè portata a temperature molto inferiori allo zero, ma senza congelare. Questo punto si troverebbe attorno a -63 °C e a una pressione di circa 1000 atmosfere. Una delle ipotesi più discusse è che, in condizioni di bassa temperatura e alta pressione, l’acqua possa esistere in due diverse fasi liquide. In altre parole, non ci sarebbe un solo tipo di acqua liquida, ma due forme macroscopiche distinte, legate a modi diversi in cui le molecole si organizzano e si legano tra loro. A temperature più alte e pressioni più basse, cioè nelle condizioni in cui viviamo, la distinzione tra queste due forme scomparirebbe. E qui entra in gioco il punto critico discusso nell’articolo: nelle condizioni estreme dello studio e appena prima che il liquido condensi in ghiaccio, l’acqua sembra stare su una soglia: due fasi liquide coesistono, la distinzione tra loro si assottiglia e il sistema entra in uno stato di forte instabilità.
Secondo i ricercatori autori del lavoro, queste fluttuazioni influenzano l’acqua anche molto al di sopra della soglia di pressione e temperatura definita dal punto critico, fino alle condizioni ambientali. In pratica, l’acqua “oscillerebbe” continuamente tra due modi di essere liquida, e proprio da questa incertezza emergerebbero le sue proprietà anomale. Il vero salto di questo studio è stato riuscire a “fotografare” l’acqua un attimo prima che congelasse, usando una sorgente ultrarapida. In questo modo i ricercatori hanno potuto osservare la scomparsa della transizione tra due forme liquide e l’emergere di un nuovo stato critico. Per decenni l’esistenza di questo punto critico è stata soltanto una possibilità teorica, ora ci sarebbe finalmente un riscontro fondamentale. Se davvero l’acqua, nelle condizioni ambientali in cui viviamo, si trova in uno stato influenzato da un punto critico nascosto in condizioni estreme, allora molte delle sue caratteristiche potrebbero essere comprese all’interno di un quadro unitario. Ora la sfida è capire come questa nuova interpretazione possa impattare le scienze della Terra, la chimica e la nostra comprensione della vita.
Una storia sicuramente da seguire.
