นํ้ าแข็งรอน

เมื่อเราดูโลกจากดวงจันทร หรือจากยานอวกาศที่กํ าลังโคจรที่ระดับ เราจะเห็นโลก มีสีนํ้ าเงิน นํ้ าตาลและขาว สวนที่เปนสีขาวคือเมฆ และนํ้ าแข็ง โลกเรามีนํ้ าแข็งอุดมสมบูรณมาก เพราะพื้นที่โลก 10 เปอรเซ็นต ถูกปกคลุมดวยนํ้ าแข็ง มหาสมุทรอารกติก คือมหาสมุทรนํ้ าแข็ง เพราะมีนํ้ าแข็งปกคลุมหมดบนทวีปแอนตารกติกาก็มีนํ้าแข็งหนา 3-4 กิโลเมตรปกคลุม ตามภูเขาสูงๆ มีแมนํ้ าแข็ง (glacier) ซึ่งการเคลื่อนที่ของมันกําลังเปนปรากฏการณธรรมชาติที่นักวิทยาศาสตร กําลังใหความสนใจ

สวนบทบาทของนํ้าแข็ง ในชีวิตประจําวันนั้น ก็มีมากมาย เชน ในประเทศหนาว เวลาหิมะตกเกล็ด หิมะที่ลื่นจะละลาย ทำใหถนนหนทางเปนอันตรายในการสัญจร สนามบินที่เวลามีหิมะตกหนัก เครื่องบินจะ ไมสามารถขึ้นและลงได ภูเขานํ้ าแข็ง (iceberg) ในทะเล สามารถทํ าใหเรืออับปางได หรือเวลานํ้ าในทอนํ้า หรือในหมอนํ้ ารถยนตแข็งตัวเปนนํ้ าแข็ง ทอนํ้ าจะแตกและเครื่องยนตรจะไมทํางาน นอกจากนี้ ในฤดูหนาว มากๆ นํ้ าแข็งที่จับอยูตามใบไม หรือผลไม จะทํ าอันตรายตอตนไมได

ในแงของวิทยาศาสตร นํ้ าแข็งก็เปนที่ยอมรับวาเปนสสารที่นาสนใจ เพราะเราทุกคนรู ดีวาเวลานํ้ ากลายเปนนํ้าแข็ง มันจะคายความรอนออกมา และ นํ้ าแข็งเมื่อไดรับความรอนมันจะละลาย หรือเวลาเราเอานํ้าแข็งกับนํ้าปริมาณเทากันมาชั่ง นํ้ าแข็งจะเบากวานํ้ า (ซึ่งนับวาแปลกกวาสสารอื่น ที่เวลาเปนของแข็ง จะหนักกวาตอนที่เปนของเหลว หากของทั้งสองมีปริมาตรเทากัน) ดังจะเห็นได จากเวลาเราหยอนกอนนํ้ าแข็งลงในแกวนํ้า กอนนํ้ าแข็งจะลอย ถานํ้ าแข็งหนักกวานํ้า ภูเขานํ้ าแข็ง ในทะเลจะจมลงทองมหาสมุทรหมด และนํ้าทะเลจะแข็งตัวจากทองนํ้าขึ้นมา ปลาและ สัตวนํ้ าที่หวังจะได อาหารจากพืชทองนํ้า ก็จะอดอาหารตายชีวิตในทะเลก็จะไมมี

ความรูวิทยาศาสตรอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวกับนํ้าแข็ง ก็คือวาที่ระดับนํ้ าทะเล นํ้ าบริสุทธิ์จะกลายเปน นํ้าแข็งที่อุณหภูมิศูนยองศาเซลเซียส และ นํ้ าทะเลจะกลายเปนนํ้าแข็งที่อุณหภูมิ -2 องศาเซลเซียส ทั้งนี้ เพราะนํ้าทะเลมีสารประกอบประเภทเกลือผสมอยู ชาวเอสกิโมไดพบวานํ้าแข็งที่เกิดจากการที่นํ้าแข็งตัวใน ทะเล ตามปกติจะเค็มประมาณ 10 เปอรเซ็นตของ น้ำทะเลเทานั้นเอง ดังนั้นเวลาเขาตองการจะดื่มนํ้ าหรือหุง ตมอาหาร เขาจะเอาเฉพาะสวนผิวของกอน นํ้ าแข็งขนาดใหญมาตมใหละลาย

ในวารสาร Science ฉบับเร็วๆ นี้ L. Sternแหง US Geological Survey ที่เมือง Menlo park ในรัฐแคลิฟอรเนีย ไดรายงานวา เธอและคณะไดพบ นํ้ าแข็งชนิดหนึ่งที่ถึงแมจะมีอุณหภูมิสูงกวาศูนยองศา เซลเซียส มันก็ยังไมละลาย

โดยเธอไดเห็นเหตุการณนี้ขณะสังเคราะห methane clathrate ซึ่งเปนสารที่ประกอบดวย methane และนํ้า (คํ าวา clathrate ชี้บอกโครงสรางที่มีลักษณะเปนตาขาย) สํ าหรับขั้นตอนในการทําสารประกอบนี้ เปนดังนี้คือ เธอไดเอากาซ methane พนลงบนเกล็ดนํ้ าแข็งเล็กๆ ในภาชนะ จากนั้นเธอก็ทํ าใหภาชนะรอน ขึ้นอยางชาๆ โดยใชเวลานาน 7-8 ชั่วโมง เพื่อให methane ทำปฏิกิริยากับนํ้าแข็งอยางสมบูรณ และเธอก็ ไดเห็นวา เมื่ออุณหภูมิขึ้นสูงถึง +32 องศาเซลเซียส นํ้ าแข็งก็ยังไมละลาย

คําอธิบายของเหตุการณนี้มีวา โครงสรางที่มีลักษณะเปนตาขายของ methane ไดสรางเกราะกํ าบัง ความรอนใหกับนํ้าแข็ง ทํ าใหความรอนไมสามารถทะลุถึงนํ้าแข็งได นํ้ าแข็งจึงไมละลาย ถึงแมอุณหภูมิรอบ ขางจะสูงก็ตาม นี่คือการทดลองแรกของโลกที่ไดแสดงใหเห็นวาที่อุณหภูมิสูงกวาจุดเยือกแข็ง นํ้ าแข็งก็ยังคง สภาพเปนนํ้ าแข็ง

การคนพบครั้งนี้ทําใหเรารูวา บนดวงจันทรของดาวเคราะหขนาดใหญ เราอาจจะพบ methane clathrate ได สํ าหรับบนโลกของเรานั้น ไดมีการขุดพบแหลง clathrate ขนาดใหญใตนํ้ าแข็งขั้วโลกแลว การ ขุดพบนี้ไดชี้ใหนําใหนักวิทยาศาสตรบางคนคิดวา methane clathrate จะเปนแหลงพลังงานของโลกแหลง ใหมที่ยิ่งใหญกวานํ้ามัน กาซ และถานหิน เสียอีก

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)