น้ำแข็งร้อน

เมื่อเราดูโลกจากดวงจันทร หรือจากยานอวกาศที่กํ าลังโคจรที่ระดับ เราจะเห็นโลก มีสีนํ้ าเงิน นํ้ าตาลและขาว ส‹วนที่เปšนสีขาวคือเมฆ และนํ้ าแข็ง โลกเรามีนํ้ าแข็งอุดมสมบูรณมาก เพราะพื้นที่โลก 10 เปอรเซ็นต ถูกปกคลุมดŒวยนํ้ าแข็ง มหาสมุทรอารกติก คือมหาสมุทรนํ้ าแข็ง เพราะมีนํ้ าแข็งปกคลุมหมดบนทวีปแอนตารกติกาก็มีนํ้าแข็งหนา 3-4 กิโลเมตรปกคลุม ตามภูเขาสูงๆ มีแม‹นํ้ าแข็ง (glacier) ซึ่งการเคลื่อนที่ของมันกําลังเปšนปรากฏการณธรรมชาติที่นักวิทยาศาสตร กําลังใหŒความสนใจ

ส‹วนบทบาทของนํ้าแข็ง ในชีวิตประจําวันนั้น ก็มีมากมาย เช‹น ในประเทศหนาว เวลาหิมะตกเกล็ด หิมะที่ลื่นจะละลาย ทำใหŒถนนหนทางเปšนอันตรายในการสัญจร สนามบินที่เวลามีหิมะตกหนัก เครื่องบินจะ ไม‹สามารถขึ้นและลงไดŒ ภูเขานํ้ าแข็ง (iceberg) ในทะเล สามารถทํ าใหŒเรืออับปางไดŒ หรือเวลานํ้ าในท‹อนํ้า หรือในหมŒอนํ้ ารถยนตแข็งตัวเปšนนํ้ าแข็ง ท‹อนํ้ าจะแตกและเครื่องยนตรจะไม‹ทํางาน นอกจากนี้ ในฤดูหนาว มากๆ นํ้ าแข็งที่จับอยู‹ตามใบไมŒ หรือผลไมŒ จะทํ าอันตรายต‹อตŒนไมŒไดŒ

ในแง‹ของวิทยาศาสตร นํ้ าแข็งก็เปšนที่ยอมรับว‹าเปšนสสารที่น‹าสนใจ เพราะเราทุกคนรูŒ ดีว‹าเวลานํ้ ากลายเปšนนํ้าแข็ง มันจะคายความรŒอนออกมา และ นํ้ าแข็งเมื่อไดŒรับความรŒอนมันจะละลาย หรือเวลาเราเอานํ้าแข็งกับนํ้าปริมาณเท‹ากันมาชั่ง นํ้ าแข็งจะเบากว‹านํ้ า (ซึ่งนับว‹าแปลกกว‹าสสารอื่น ที่เวลาเปšนของแข็ง จะหนักกว‹าตอนที่เปšนของเหลว หากของทั้งสองมีปริมาตรเท‹ากัน) ดังจะเห็นไดŒ จากเวลาเราหย‹อนกŒอนนํ้ าแข็งลงในแกŒวนํ้า กŒอนนํ้ าแข็งจะลอย ถŒานํ้ าแข็งหนักกว‹านํ้า ภูเขานํ้ าแข็ง ในทะเลจะจมลงทŒองมหาสมุทรหมด และนํ้าทะเลจะแข็งตัวจากทŒองนํ้าขึ้นมา ปลาและ สัตวนํ้ าที่หวังจะไดŒ อาหารจากพืชทŒองนํ้า ก็จะอดอาหารตายชีวิตในทะเลก็จะไม‹มี

ความรูŒวิทยาศาสตรอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวกับนํ้าแข็ง ก็คือว‹าที่ระดับนํ้ าทะเล นํ้ าบริสุทธิ์จะกลายเปšน นํ้าแข็งที่อุณหภูมิศูนยองศาเซลเซียส และ นํ้ าทะเลจะกลายเปšนนํ้าแข็งที่อุณหภูมิ -2 องศาเซลเซียส ทั้งนี้ เพราะนํ้าทะเลมีสารประกอบประเภทเกลือผสมอยู‹ ชาวเอสกิโมไดŒพบว‹านํ้าแข็งที่เกิดจากการที่นํ้าแข็งตัวใน ทะเล ตามปกติจะเค็มประมาณ 10 เปอรเซ็นตของ น้ำทะเลเท‹านั้นเอง ดังนั้นเวลาเขาตŒองการจะดื่มนํ้ าหรือหุง ตŒมอาหาร เขาจะเอาเฉพาะส‹วนผิวของกŒอน นํ้ าแข็งขนาดใหญ‹มาตŒมใหŒละลาย

ในวารสาร Science ฉบับเร็วๆ นี้ L. Sternแห‹ง US Geological Survey ที่เมือง Menlo park ในรัฐแคลิฟอรเนีย ไดŒรายงานว‹า เธอและคณะไดŒพบ นํ้ าแข็งชนิดหนึ่งที่ถึงแมŒจะมีอุณหภูมิสูงกว‹าศูนยองศา เซลเซียส มันก็ยังไม‹ละลาย

โดยเธอไดŒเห็นเหตุการณนี้ขณะสังเคราะห methane clathrate ซึ่งเปšนสารที่ประกอบดŒวย methane และนํ้า (คํ าว‹า clathrate ชี้บอกโครงสรŒางที่มีลักษณะเปšนตาข‹าย) สํ าหรับขั้นตอนในการทําสารประกอบนี้ เปšนดังนี้คือ เธอไดŒเอากาซ methane พ‹นลงบนเกล็ดนํ้ าแข็งเล็กๆ ในภาชนะ จากนั้นเธอก็ทํ าใหŒภาชนะรŒอน ขึ้นอย‹างชŒาๆ โดยใชŒเวลานาน 7-8 ชั่วโมง เพื่อใหŒ methane ทำปฏิกิริยากับนํ้าแข็งอย‹างสมบูรณ และเธอก็ ไดŒเห็นว‹า เมื่ออุณหภูมิขึ้นสูงถึง +32 องศาเซลเซียส นํ้ าแข็งก็ยังไม‹ละลาย

คําอธิบายของเหตุการณนี้มีว‹า โครงสรŒางที่มีลักษณะเปšนตาข‹ายของ methane ไดŒสรŒางเกราะกํ าบัง ความรŒอนใหŒกับนํ้าแข็ง ทํ าใหŒความรŒอนไม‹สามารถทะลุถึงนํ้าแข็งไดŒ นํ้ าแข็งจึงไม‹ละลาย ถึงแมŒอุณหภูมิรอบ ขŒางจะสูงก็ตาม นี่คือการทดลองแรกของโลกที่ไดŒแสดงใหŒเห็นว‹าที่อุณหภูมิสูงกว‹าจุดเยือกแข็ง นํ้ าแข็งก็ยังคง สภาพเปšนนํ้ าแข็ง

การคŒนพบครั้งนี้ทําใหŒเรารูŒว‹า บนดวงจันทรของดาวเคราะหขนาดใหญ‹ เราอาจจะพบ methane clathrate ไดŒ สํ าหรับบนโลกของเรานั้น ไดŒมีการขุดพบแหล‹ง clathrate ขนาดใหญ‹ใตŒนํ้ าแข็งขั้วโลกแลŒว การ ขุดพบนี้ไดŒชี้ใหŒนําใหŒนักวิทยาศาสตรบางคนคิดว‹า methane clathrate จะเปšนแหล‹งพลังงานของโลกแหล‹ง ใหม‹ที่ยิ่งใหญ‹กว‹านํ้ามัน กาซ และถ‹านหิน เสียอีก