החומר הנפוץ ביותר ע"פ כדור-הארץ מפגין מספר מאפיינים כימיים בלתי-רגילים כאשר הוא מצוי בתנאים קיצוניים.
מדענים ממכון המחקר Lawrence Livermore National Laboratory הראו כי מים, בסביבות חום דחוס, משמשים בתפקיד בלתי-צפוי כזרז לתגובות פיצוץ מורכבות. זרז הינו תרכובת המאיצה תגובות כימיות ללא צריכתה במהלך התגובות. המתכת פלטינה ואנזימים הינם דוגמא לזרזים רווחים. אולם מים, אם בכלל, משמשים רק לעיתים נדירות ביותר כזרז בתנאים רגילים.
פיצוץ של חומר נפץ מרסק (טי-אן-טי, TNT) המכיל חמצן ומימן מביא ליצירת מים בטמפרטורה של אלפי מעלות ובלחץ של עד מאה אלף אטמוספרות – תנאים הדומים לאלו השוררים במרכזם של כוכבי-לכת ענקיים.
בעוד שמאפייניהם של מים טהורים בלחצים ובטמפרטורות גבוהות אכן נבחנו במשך שנים רבות, צורה קיצונית זו של מים בסביבה פעילה מעולם לא נבחנה – עד עתה.
באמצעות הדמיות אטומיות של פיצוץ חומר-הנפץ PETN (pentaerythritol tetranitrate), הצוות גילה כי במים, כאשר אטום מימן משמש כמחזר וההידרוקסיד משמש כמחמצן, האטומים משמשים כצוות דינאמי המנייד אטום חמצן בין מרכזי התגובה.
"אלו היו חדשות עבורנו," אמר החוקר הראשי Christine Wu. "ממצאים אלו מרמזים כי מים עשויים לזרז תגובות בפעילותם של חומרי-נפץ אחרים ובליבתם של כוכבי-לכת." ממצאים אלו נמצאים בניגוד להשקפה הרווחת כי מים הם רק תוצר פיצוץ יציב.
"בתנאים קיצוניים מים הופכים לצורון כימי מוזר בשל יכולתם התדירה וההפיכה להתפרקות," אמר החוקר. "כאשר אתה דוחס אותם למצב הדומה לזה בו הם מצויים בליבתם של כוכבי-לכת, המימנים של פרודות המים מתחילים לנוע במהירות מרובה."
בהדמיות הדינאמיקה המולקולארית החוקרים מצאו כי שני הצורונים, מימן והידרוקסיד, מניידים חמצן ממקור חנקני לדלק פחמני בתנאי הפיצוץ של PETN (טמפרטורה של 4000-3000 קלווין). בטמפרטורות אלו צורה קיצונית זו של מים משמשת הן כתוצר הסופי והן כזרז כימי חשוב.
לחומרי-נפץ מרסקים מולקולאריים המורכבים מפחמן, חנקן, חמצן ומימן, כגון PETN, שלושת התוצרים הסופיים הם הגזים: מים, פחמן דו-חמצני וחנקן מולקולארי. אולם, עד היום התהליכים הכימיים המובילים לתרכובות יציבות אלו אינם ברורים דיים.
צוות המחקר גילה כי חנקן מעביר את החמצן שעליו בעיקר למימן ולא לפחמן, אפילו לאחר שהריכוז של המים מגיע לשיווי-משקל. כמו-כן הם הבחינו כי אטומי פחמן לוכדים את אטומי החמצן בעיקר מההידרוקסידים, ולא ישירות מצורוני החנקן הקיימים במערכת: חנקן חד- או דו-חמצני. בינתיים, מים מתפרקים ומתחברים תדירות למרכיביהם: מימן והידרוקסיד.
"המים היוצאים החוצה מהתגובה הם חלק מהמנגנון לשחרור אנרגיה," אומר החוקר הראשי. "מנגנון מזורז זה שונה לחלוטין ממנגנוני פרוק קודמים שהוצעו ע"י חוקרים עבור PETN או חומרי-נפץ דומים לו, בהם המים הינם תוצר סופי בלבד.
תגלית חדשה זו הינה בעלת משמעויות חשובות עבור מדענים הבוחנים את ליבתם של כוכבי הלכת אוראנוס ונפטון, בהם קיימים מים בצורתם הקיצונית."
ממצאי המחקר מופיעים בגיליון הראשון (אפריל 2009) של כתב-העת המדעי החדש Nature Chemistry.
