Vědci napodobili kryovulkanismus: Voda ve vesmíru vaří a mrzne zároveň
Česko-britský tým dokázal napodobit extrémní podmínky na ledových měsících Sluneční soustavy a prostudoval nestabilní chování vody, které souvisí s kryovulkanismem.
Voda ve vesmíru, kde panují velmi nízké teploty a tlak je prakticky nulový, se chová úplně jinak, než jsme zvyklí na Zemi. I když to zní zvláštně, za určitých podmínek voda vaří a mrzne současně. Fyzikální projevy vody jsou přitom velmi důležité například na ledových měsících ve vnější části Sluneční soustavy.
Tyto světy jsou pokryté ledem, pod nímž se zřejmě vyskytují kapalné oceány. Navzdory velice nízkým teplotám jsou tyto světy geologicky aktivní. Probíhá tam kryovulkanismus, při němž dochází k výtryskům velmi chladných kapalin a plynů nad povrch daného tělesa. Voda a další podobné látky při tom vlastně fungují podobně jako na Zemi láva a erupcemi utváří okolní krajinu.
Simulace ledových měsíců
Česko-britský výzkumný tým, který vedl Petr Brož z Geofyzikálního ústavu České akademie věd, zkoumal takzvaný efuzivní, čili výlevný kryovulkanismus. Nedochází při něm k explozivním výtryskům, ale velmi chladné kapaliny se vylévají na povrch ledového měsíce.
Brož s kolegy detailně prozkoumali proces výlevného kryovulkanismu díky tomu, že simulovali podmínky, jaké panují na ledových měsících. Využili k tomu zařízení britské Open University přezdívané „George,“ neboli Large Dirty Mars Chamber. V tomto zařízení je možné experimentovat s relativně velkým množství vody za velmi nízkého tlaku a díky průzorům lze sledovat a natáčet, co se uvnitř děje. Podrobnosti pozoruhodného výzkumu popisuje odborný časopis Earth and Planetary Sciences Letters.
Dřívější pokusy s menším množstvím vody naznačovaly, že led rychle uzavíral kapalinu pod sebou. Nové experimenty ale ukazují mnohem dynamičtější proces. Jakmile vědci snížili v komoře tlak, voda začala současně vařit i mrznout. Vařením se rychle odvedlo teplo, což vedlo k prudkému ochlazení a následnému zmrznutí horní vrstvy vody. Tím vznikla tenká vrstva ledu, pod níž voda dál vřela a tvořila bubliny. Ty deformovaly led, narušovaly ho, praskaly a umožňovaly unikání vody na povrch. Led tak nikdy úplně neuzavřel vodu pod sebou – naopak, voda se opakovaně dostávala ven, mrzla a celý cyklus se znovu rozbíhal.
„Zjistili jsme, že proces tuhnutí vody v prostředí s velmi nízkým tlakem je složitější, než se dosud předpokládalo,“ říká hlavní autor studie Petr Brož. „Za nízkého tlaku voda vře i při nízkých teplotách, protože není za daných podmínek v kapalném stavu stabilní. Její vypařování přitom způsobuje, že rychle chladne a následně mrzne. Ledová krusta, která se tvoří na její hladině, je ale opakovaně narušována bublinami vodní páry vznikající v důsledku jejího varu. Bubliny led nadzvedávají a lámou, čímž se celý proces mrznutí zpomaluje, komplikuje a výrazně prodlužuje,“ vysvětluje vědec.
Nová zjištění umožňují lépe porozumět tomu, jak se formuje povrch ledových měsíců – a možná i to, jaké procesy podporují jejich vnitřní aktivitu. Kryovulkanismus je totiž klíčem k pochopení geologické historie mimozemských oceánů, které patří mezi největší kandidáty pro existenci mimozemského života.
