Nationalgeographic.co.id—Tidak semua es itu sama. Bentuk padat air hadir dalam lebih dari selusin struktur yang berbeda—terkadang lebih banyak, terkadang lebih sedikit kristal—tergantung pada kondisi tekanan dan suhu di lingkungan.
Es superionik adalah bentuk kristal yang khusus, setengah padat, setengah cair - dan konduktif listrik. Keberadaannya telah diprediksi berdasarkan berbagai model dan telah diamati pada beberapa kesempatan di bawah kondisi laboratorium yang sangat ekstrem. Namun, kondisi pasti di mana es superionik stabil tetap kontroversial.
Sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh Vitali Prakapenka dari Universitas Chicago, yang juga termasuk Sergey Lobanov dari Pusat Penelitian Jerman untuk Geosains GFZ Potsdam, kini telah mengukur struktur dan sifat dari dua fase es superionik (es XVIII dan es XX). Mereka membawa air ke tekanan dan suhu yang sangat tinggi dalam sel landasan berlian yang dipanaskan dengan laser.
Pada saat yang sama, sampel diperiksa berkaitan dengan struktur dan konduktivitas listrik. Hasil dari studi ini sudah dipublikasikan di jurnal Nature Physics pada 14 Oktober 2021 dengan mengambil judul Structure and properties of two superionic ice phases. Studi ini memberikan potongan teka-teki lain dalam spektrum manifestasi air. Dan juga dapat membantu menjelaskan medan magnet yang tidak biasa dari planet Uranus dan Neptunus, yang mengandung banyak air.
Es superionik pertama kali diprediksi secara teoritis lebih dari 30 tahun yang lalu. Pada 2019, para ilmuwan hanya memperlihatkan secara sekilas saat para ilmuwan mengirimkan gelombang kejut melalui tetesan air. Namu, dalam studi baru ini, para ilmuwan telah menemukan cara untuk membuat, mempertahankan, dan memeriksa es.
Melansir Tech Explorist, Vitali Prakapenka, mengatakan, “Ini mengejutkan—semua orang mengira fase ini tidak akan muncul sampai Anda berada pada tekanan yang jauh lebih tinggi daripada di mana kita temukan dulu. Tetapi kami dapat memetakan dengan sangat akurat sifat-sifat es baru ini, yang merupakan fase materi baru, berkat beberapa alat canggih.”
Baca Juga: Gunung Es Seluas Pulau Bali dan Seberat 1 Triliun Ton Mencair Hilang
Es superionik terbentuk pada suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Warnanya hitam dan panas, tidak seperti es biasa yang ditemukan di freezer ataupun kutub utara. Sebuah balok es superionik beratnya akan empat kali lipat dari balok es yang normal.
Dalam percobaannya, para ilmuwan menggunakan Sumber Foton Lanjutan, mendorong elektron ke kecepatan yang sangat tinggi mendekati kecepatan cahaya untuk menghasilkan berkas sinar-X yang cemerlang. Dengan meremas sampel mereka di antara dua keping berlian, para ilmuwan mensimulasikan tekanan kuat dan kemudian menembakkan laser melalui berlian untuk memanaskan sampel tersebut.
Akhirnya, mereka mengirim berkas sinar-X melalui sampel dan menyusun susunan atom di dalamnya berdasarkan bagaimana sinar-X menyebar dari sampel.
“Tetapi ketika saya mematikan laser, dan sampel kembali ke suhu kamar, es kembali ke keadaan semula. Itu berarti itu adalah perubahan struktural yang reversibel, bukan reaksi kimia. Melihat struktur es, kami menyadari bahwa ia memiliki fase baru di tangannya. Mereka mampu memetakan struktur dan propertinya dengan tepat.” kata Prakapenka.
Selama percobaan, pembacaan struktur jauh berbeda dari yang diharapkan. Penulis mengira ada yang tidak beres, dan telah terjadi reaksi kimia yang tidak diinginkan, yang sering terjadi dengan air dalam eksperimen semacam itu.
“Bayangkan sebuah kubus, kisi dengan atom oksigen di sudut-sudut yang dihubungkan oleh hidrogen. Ketika berubah menjadi fase superionik baru ini, kisi mengembang, memungkinkan atom hidrogen bermigrasi sementara atom oksigen tetap stabil di posisinya. Ini seperti kisi oksigen padat yang duduk di lautan atom hidrogen yang mengambang.” ujar Prakapenka.
Memetakan kondisi yang tepat di mana fase es yang berbeda terjadi sangat penting untuk mengetahui lebih banyak tentang pembentukan planet dan bahkan di mana mencari kehidupan di planet lain. Menurut para ilmuwan, kondisi serupa ada di bagian dalam Neptunus dan Uranus, juga planet berbatu dingin lainnya seperti mereka di tempat lain di alam semesta.
Baca Juga: Seekor Walrus Arktik Tertidur di Atas Gunung Es, Terbangun di Irlandia
“Ini memiliki konsekuensi bagaimana es berperilaku: menjadi kurang padat tetapi secara signifikan lebih gelap karena berinteraksi secara berbeda dengan cahaya. Tetapi jangkauan penuh dari sifat kimia dan fisik es superionik belum dieksplorasi. Ini adalah keadaan materi baru, jadi ia bertindak sebagai materi baru, dan mungkin berbeda dari apa yang kita pikirkan.” terang Prakapenka.
"Air sebenarnya adalah senyawa kimia yang relatif sederhana yang terdiri dari satu oksigen dan dua atom hidrogen. Namun demikian, dengan perilakunya yang sering tidak biasa, masih belum sepenuhnya dipahami. Dalam kasus air, kepentingan fisik dan geoscientific yang mendasar datang bersama karena air berperan penting di dalam banyak planet. Tidak hanya dalam hal pembentukan kehidupan dan lanskap, tetapi -- dalam kasus planet gas Uranus dan Neptunus -- juga untuk pembentukan medan magnet planet mereka yang tidak biasa," kata Sergey Lobanov, ahli geofisika di GFZ Potsdam.
Prakapenka pun turut menambahkan, “ada lebih banyak sudut untuk dijelajahi, seperti konduktivitas, viskositas, dan stabilitas kimia, yang berubah ketika air bercampur dengan garam atau mineral lain, seperti yang sering terjadi jauh di bawah permukaan bumi. Ini seharusnya merangsang lebih banyak penelitian.”
Baca Juga: Menjelang Seabad Tenggelamnya Titanic, Kabarnya Bangkai Kapalnya Ludes Termakan Bakteri