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Gelo Selvagem

baseball na neve
Soldados da Guarda Costeira dos EUA do quebra-gelo Northwind jogam beisebol no congelado Mar de Bering em 1953. (Fonte: Library of Congress)

No espaço ninguém pode ouvir o grito do gelo!* Por mais de 100 anos os cientistas têm descoberto e criado gelos exóticos e bizarros. Gelos que podem até queimar um buraco em você!

Uma história sobre o gelo pode parecer fora do lugar na edição de verão da Chemical Heritage, mas hoje vamos abraçar essa loucura. Esta é uma história sobre o gelo estranho – gelo que queima, gelo que afunda em vez de flutuar, gelo literalmente fora deste mundo. Então, se você tem uma bebida gelada na mão, dê uma olhada nos cubos em seu copo e deixe sua imaginação vagar, porque este é um lado do gelo que você nunca viu.

O gelo comum que você encontra em cubos de gelo – chamado gelo Ih , ou “gelo um-h” – é tecnicamente um mineral, uma vez que é inorgânico e tem uma estrutura cristalina regular. Especificamente, suas moléculas se organizam em uma rede de minúsculos hexágonos, uma simetria de seis eixos que, por fim, é subjacente à forma dos flocos de neve. Praticamente todo o gelo na Terra é de gelo Ih, e é uma coisa boa também! Seus hexágonos espaçosos o tornam menos denso que a água líquida; por isso flutua em lagos e estuários e, na verdade, isola abaixo criaturas aquáticas frágeis, protegendo-as do vento e do frio. Sem gelo Ih vida como a conhecemos não existiria.

Mas falar sobre gelo e mencionar somente o gelo Ih é como falar sobre o chocolate e mencionar somente o Hershey. Os gelos exóticos ainda são feitos de H2O, é claro, mas as moléculas individuais se libertam da camisa de força hexagonal e remodelam. Muitos sólidos podem sofrer um rearranjo similar. Se você já abriu um antigo beijo da marca Hershey e encontrou um cone marrom e esbranquiçado dentro da embalagem, viu o chocolate fazer exatamente isso. (Durante essa “floração do chocolate” as moléculas de cacau se comprimem, aumentando a densidade do chocolate e empurrando a gordura para a superfície.) Mas poucos sólidos podem formar tantas “fases” distintas quanto o gelo.

Os cientistas criam diferentes fases de gelo submetendo uma pequena amostra à pressões monstruosamente altas, milhões de vezes mais altas que a pressão atmosférica. E com pressões tão altas, o gelo pode permanecer sólido a temperaturas de milhares de graus – um verdadeiro gelo quente. Se você pudesse de alguma forma colocar pedaços desses gelos em um copo de água líquida, eles vaporizariam. (Imagine os truques em festas.) Em um nível molecular, a alta pressão deforma as ligações hexagonais, forçando as moléculas de H2O ficarem como losangos, tetrágonos e outras geometrias alternativas. A alta pressão também pode forçar as moléculas de H2O a se espremerem nos orifícios dos centros dessas formas, prendendo-as como insetos em minúsculas gaiolas. Essa ação aumenta a densidade e torna esses gelos pesados ​​o suficiente para afundar na água. Em pressões super altas, alguns químicos prevêem que o gelo se transforma em metal.

Os cientistas criaram os primeiros gelos exóticos, gelo II e gelo III, por volta de 1900; a lista agora se estende até o gelo XV, descoberto em 2009. A criação desses gelos é mais que um exercício acadêmico. As moléculas de gelo são mantidas juntas pelas mesmas ligações de hidrogênio que, entre outras coisas, mantêm as fitas de DNA juntas; então formar novos gelos ajuda a sondar a natureza desta ligação. Além do mais, enquanto gelo Ih domina a biosfera, outros gelos existem naturalmente. Um gelo estruturalmente semelhante aos diamantes, gelo Ic , provavelmente existe na atmosfera superior. Os interiores densos e quentes de Netuno e Urano provavelmente contêm pedaços de gelos não hexagonais, assim como os exoplanetas em volta de estrelas distantes, uma consideração potencialmente importante à medida que procuramos vida além do nosso Sistema Solar.

No universo em geral, no entanto, os gelos I a XV são vastamente superpovoados pelo chamado gelo amorfo, gelo cujas moléculas se organizam aleatoriamente, sem qualquer estrutura cristalina. Formas de gelo amorfo se formam no congelamento rápido no espaço profundo. As pepitas microscópicas desse gelo também tendem a parecer amorfas, já que não há moléculas suficientes para se manterem juntas em um cristal comum.

Essa transição do gelo amorfo para o cristal de gelo intrigou por muito tempo os cientistas, e alguns deles até tentaram determinar exatamente quantas moléculas são necessárias para formar um cristal de gelo genuíno. Isso pode parecer uma pergunta sem resposta – como perguntar em que ponto um homem perdendo os cabelos, um a um, fica careca. Mas acredite ou não, uma experiência no outono passado na Alemanha determinou a resposta.

O experimento envolveu a adição lenta de moléculas de H2O a um núcleo de átomos de sódio e a sondagem de quais comprimentos de onda de luz infravermelha eles absorveram. O gelo amorfo apresentou um pico de absorção em um determinado comprimento de onda; o cristal de gelo tinha um pico a um comprimento de onda ligeiramente maior. A mudança de um para o outro ocorreu de maneira surpreendentemente rápida. Abaixo de 250 moléculas, o pico amorfo dominou. Mas em 275 moléculas, o pico de comprimento de onda do cristal começou a surgir à medida que um cristal rudimentar tomava forma. Por 475 moléculas, esse pico sozinho dominou. Então, dependendo de onde você traçou o limite, apenas 0,000000000000000000008 gramas de água “contam” como cristal de gelo.

Isso é muito menor, é claro, do que até mesmo os pedaços pequenos ainda restantes no seu copo. No entanto, eles logo atravessarão esse limite e desaparecerão da existência. A meia-noite soará, e todas essas fantasias de gelo em chamas, gelo que afunda e gelo metálico vão evaporar. Pelo menos até os químicos do gelo descubram uma nova maravilhosa manifestação.

*Nota do tradutor: A expressão ´Ice scream’ pode ser traduzida como gelo gritar. Mas é também uma brincadeira com a sonoridade da palavra ‘ice cream’, traduzida como sorvete.

Texto escrito por Sam Kean.

Traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( luisbrudna@gmail.com ) do original ‘Wild Ice’ com autorização oficial dos detentores dos direitos. Revisado por: Kelly Vargas.

Original (English) content from Science History Institute (https://www.sciencehistory.org/). Content translated with permission, but portuguese text not reviewed by the original author. Please do not distribute beyond this site without permission. [[Conteúdo original (inglês) do Science History Institute (https://www.sciencehistory.org/) . Conteúdo traduzido com permissão, mas o texto em português não foi revisado pelo autor do original. Por favor, não distribua o conteúdo sem permissão.]]

Sugestão de mais textos neste assunto:
Por que o gelo racha na água?
E se o gelo não flutuasse?
Água pesada

Moléculas essenciais para a vida em meteoritos

fragmentos do meteorito
Fragmentos do meteorito Sutter’s Mill

Análises de fragmentos do meteorito batizado de ‘Sutter’s Mill‘, que iluminou o céu da Califórnia (EUA) no dia 24 de abril de 2012, foram realizadas e nestas os pesquisadores descobriram que moléculas orgânicas essenciais para a vida estavam presentes no material deste meteorito.
Meteoritos são fragmentos de planetas, poeira cósmica, asteroides… variam de tamanho e conseguem resistir à entrada na atmosfera terrestre, atingindo o solo. Alguns tipos de meteoritos, classificados como condritos carbonáceos, compostos orgânicos, inclusive do mesmo tipo de substâncias encontradas na Terra.
As hipóteses feitas até hoje sustentam normalmente que a origem da vida é baseada em evidências de que ela teria surgido em uma espécie de uma sopa “prebiótica” (que conteria elementos e compostos como: carbono (C), hidrogênio (H), potássio (K), amônia (NH3), nitrogênio (N2), magnésio (Mg) e água (H20)), sendo uma parte desses talvez trazidos por meteoritos.
Para Sandra Pizzarello, bioquímica e chefe de estudos da Universidade Federal do Arizona, em Tempe, comenta que “A sua composição sempre foi vista como uma indicação de que os precursores da evolução que levou às origens da vida poderiam ter vindo de material extraterrestre carregado em meteoritos”.
Pizzarello e seus colegas analisaram dois fragmentos do meteorito Sutter’s Mill, dissolvendo-os com solvente, e viram que aparentemente possuía poucos compostos orgânicos dissolvíveis comparando-o com outros meteoritos similares.

Alguns dos compostos encontrados no meteorito
estruturas moleculares de substâncias em meteorito

“Voce poderia dizer que isso foi uma decepção”, disse Pizzarello.
Contudo, os pesquisadores dissolveram fragmentos do meteorito em outras condições que imitam as fontes hidrotermais da Terra, que era o ambiente primórdio da Terra, o qual poderia ter surgido a vida. Através destes aspectos, foi visto que nessas condições um tanto diferentes os fragmentos liberaram moléculas orgânicas que não haviam sido detectadas em meteoritos similares. O estudo comprovou que há muito mais material orgânico disponível nos meteoritos do que os cientistas pensavam.
“o que pode ser bom para um propósito, porque eles podem atuar como cápsulas rudimentares que conteriam compostos úteis na evolução prebiótica,” comentou Pizzarello.

Artigo original sobre o meteorito:
Processing of meteoritic organic materials as a possible analog of early molecular evolution in planetary environments
Sandra Pizzarello, 15614–15619, doi: 10.1073/pnas.1309113110

Texto escrito por Bruna Lauermann.

A década do frio

pessoas apontando cometa em tecido bordado
Para admiradores do inverno, já imaginaram viver em uma época de 10 anos de puro frio? Cerca de 1500 anos atrás, os continentes Ásia e Europa vivenciaram uma verdadeira reviravolta. Naquela década, foram também tempos de grande fome, peste e a guerra – provavelmente relacionadas pela escassez de colheitas e de terras férteis, o que deixou a população extremamente impaciente e revoltada.
Os estudiosos que tentam entender o fenômeno ocorrido por volta do ano 536, concluíram que as condições lembravam-os de um eclipse, com o sol nascendo “pequeno”, e geadas muito intensas em todas as estações durante esse longo período.
Procurando explicações para esse fato, Colin Barras sugere a ideia que a mudança do tempo poderia ter sido ocasionada por a erupção do gigante vulcão em El Salvador, o que explicaria porque os assentamentos maias durante essa década pararam de produzir registros escritos. Mas este fato não poderia desvendar porque o planeta permaneceu frio, porque normalmente, o vulcão só afetaria por um ano, no máximo.
Mas agora, a geólogo Dallas Abbott escreve uma nova teoria: talvez o cometa Halley (cometa brilhante que retorna as regiões interiores do sistema a cada 75/76 anos) tenha ocasionado isso. Talvez alguns pedaços espessos do cometa Halley tenham se desprendidos e caídos na Terra, o que causariam o tremendo frio no ano de 536 e os anos seguintes.

Colin Barras comenta sobre o estudo de Dallas Abbot:
“Dallas Abbott, um geólogo da Universidade de Columbia, em Palisades, Nova Iorque, e sua equipe estudaram núcleos de gelo da Groenlândia – e eles descobriram minúsculas esferas metálicas datando do ano 536, e também descobriram altas concentrações de níquel e estanho, que são incomuns neste tipo de análiase. O níquel é abundante em detritos vindos de fora da Terra e é pouco provável a ocorrência de alguma contaminação; Abbott comenta, que o elemento normalmente não está presente no equipamento utilizado para recolher o gelo. A presença do estanho, por sua vez, é sugestivo do material ser de um cometa.
Assim, as descobertas de Abbott reforçaram a hipótese de cometa – e ainda tem um suspeito específico em mente. “Sabemos que o cometa Halley passou por Terra em 530”, diz Abbott. O registro chinês indica que ele era excepcionalmente brilhante, o brilho sugere que nesta viagem pelo sistema solar interior, o cometa Halley passou particularmente perto do Sol. Ele teria perdido mais gelo do que o habitual, liberando mais da poeira e detritos congelados no interior. “Halley poderia ter sido especialmente propenso a perder o material e gerar a poeira em 530”, diz Abbott.

“E sucedeu durante este ano que um espetáculo pavoroso tomou lugar. Pois o sol deu adiante sua luz sem brilho, como a lua, durante todo este ano, e parecia extremamente como o sol em eclipse, os raios não eram claros nem como ele está acostumado a derramar “. Procópio (Wars, 4.14.5)

Todos os anos, a Terra passa por duas chuvas de meteoros produzidos por fragmentos de poeira do cometa Halley. Ao longo dos anos 530 e 540, essas chuvas de meteoros pode ter sido excepcionalmente mais intensas, e continuou a contaminar a atmosfera da Terra com poeiras que diminuíram a temperatura terrestre.
Há outras pistas surpreendentes no gelo. Núcleos de todo o início de 536 contém restos congelados de micro-organismos normalmente encontrados em mares tropicais rasos, enquanto as amostras de 538 também contêm fósseis de micro-organismos marinhos muito mais antigos. Abbott pensa que há apenas uma maneira esses micro-organismos poderiam ter terminado em gelo da Groenlândia.
O cometa Halley poderia ter distribuídos alguns grandes fragmentos durante a sua viagem através do interior do sistema solar em 530. Nos anos seguintes, talvez incluindo 536 e 538, estes fragmentos bateram em oceanos da Terra. Quando o fizeram, poeira e detritos – contendo micróbios marinhos que vivem na água e fósseis nas rochas que foram atingidas – foram jogados para a alta atmosfera e as temperaturas globais então despencaram.
A equipe de Abbot pode mesmo ter encontrado onde uma dessas colisões ocorreram. Anomalias da gravidade e pequenas esferas metálicas em uma camada de sedimentos sugerem um objeto grande golpeou da Golfo de Carpentaria, na Austrália, em algum momento no primeiro milênio dC, “ diz Barras.

Estas ideias e suposições são incríveis, mas infelizmente apenas uma possibilidade. São necessárias mais provas para comprovar o porque da década gelada.

Texto escrito por Bruna Lauermann.

Fonte: io9

Estrelas velhas… novas moléculas!

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Hubble image: NASA/ESA/C.R. O’Dell (Vanderbilt University), M. Meixner & P. McCullough (STScI); Herschel data: ESA/Herschel/SPIRE/MESS Consortium/M. Etxaluze et al.

Com base do estudo feito no observatório espacial Herschel da ESA, foi descoberto entre as cinzas de estrelas mortas (semelhantes ao nosso Sol), moléculas vitais para a formação da água – os íons OH+.

Todas as estrelas (nosso Sol inclusive) passam por 3 fases: nascimento, meia idade e maturidade. Como sabemos, hidrogênio e hélio são os elementos mais comuns encontrados no universo; esses dois elementos formam uma nuvem imensa de gás chamadas nebulosas. Nessas regiões a força gravitacional é maior, fazendo as nebulosas se contraírem, aumentando a sua temperatura até o ponto de “acender” o combustível nuclear e iniciar a fusão de hidrogênio, nascendo uma estrela (um Sol). Quando as estrelas de tamanhos pequenos à médios como o nosso Sol se aproximam do final de suas vidas, elas tornam-se densas estrelas anãs brancas. Ao fazer isso, elas lançam as suas camadas exteriores de gás e poeira no espaço, criando um caleidoscópio de padrões complexos conhecidos como nebulosas planetárias que serão a base da nova geração de estrelas. Enquanto estrelas novas são capazes de produzir os elementos mais pesados, foi descoberto que nas nebulosas planetárias há uma grande proporção de “elementos da vida” mais leves, como carbono, nitrogênio e oxigênio – feitos por fusão nuclear no interior de uma ‘estrela-mãe’.

Quando esgotado o hidrogênio nas anãs brancas, é derramada intensas radiações ultravioleta em sua volta destruindo moléculas que já haviam sido expelidas pela estrela que estão ligadas em grupos ou anéis de material visto em volta das nebulosas planetários, pensava-se que em sua volta não restringia-se formação de novas moléculas. Mas, com o estudo feito usando o observatório Herschel, descobriu-se que a molécula OH+, que é vital para a formação de água, aparece neste ambiente adverso e, talvez, mesmo depende dele para se formar.

Fonte: Esa

Texto escrito por Bruna Lauermann.

Suspiros de Eta Carinae


(clique na imagem para ampliar)
A característica núvem de gás em forma de balão soprada de um par de estrelas massivas, conhecidas como Eta Carinae, tem impressionado astrônomos por décadas. Eta Carinae tem um temperamento volátil, tendendo a violentas explosões durante os últimos 200 anos.

Observações feitas pelo, recentemente reformado, Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), a bordo do telescópio espacial Hubble, revela alguns elementos químicos que foram ejetados na erupção vista na metade do Século 19.

O STIS analisou as informações químicas em uma estreita seção de um dos gigantescos lobos de gás. No espectro resultante, ferro e nitrogênio definiram o limite externo do vento massivo, um fluxo de partículas carregadas, da Eta Car A, a estrela primária. A quantidade de gás sendo levado embora pelo vento é equivalente a um Sol a cada 100 anos. Enquanto esta “perda de massa” pode não soar como tão grande, de fato é uma taxa enorme entre estrelas deste tipo. Uma estrutura muito tênue, vista em argônio, é evidência de interação entre ventos da Eta Car A e Eta Car B, a mais quente, menos massiva, e secundária.

Eta Car A é uma das estrelas mais massivas e mais visíveis no céu. Por causa da massa extremamente alta da estrela, é instável e usa o seu combustível rapidamente, comparado com outras estrelas. Tais estrelas massivas tambpem tem vida curta, e esperamos que a Eta Carinae explodirá em um milhão de anos.

A Eta Carinae foi primeiro catalogada por Edmund Halley em 1677. Em 1843 Eta Carinae era uma das estrelas mais brilhantes no céu. E lentamente enfraqueceu até que em 1868 tornou-se invisível no céu. A Eta Carinae começou a brilhar novamente na década de 90 e tornou-se novamente visível a olho nu. Por volta de 1998 e 1999 seu brilho repentinamente e inesperadamente dobrou.

Eta Carinae está a 7500 anos luz na constelação Carina.

Fonte: Probing the Last Gasps of Doomed Star Eta Carinae

A imagem acima foi obtida pela união de duas outras imagens, veja aqui mais alguns detalhes técnicos de como as imagens foram obtidas e organizadas.

Para mais imagens relacionadas com os elementos químicos visite:
Imagens da Tabela Periódica

Muita química em uma lua

lua tita nasa imagens
A atmosfera da lua de Saturno, Titã, é uma completa efervescência de processos químicos. Com o estudo realizado por sondas espaciais, em especial a realizada pela sonda Huygens da missão Cassini, é possível obter dados cada vez mais interessantes sobre o que acontece por lá.

Aproveito para fazer uma coleção de belos textos sobre o assunto:
– A atmosfera de Titã [material removido do site da Ciência Hoje]
Pesquisa busca informações sobre como uma molécula chave na atmosfera de Titã é formada e dá algumas pistas sobre a evolução das atmosferas de Titã e da Terra.

– Segredos da atmosfera de Titã [material removido do site da Ciência Hoje]
Pesquisadores tentam explicar singularidades do maior satélite de Saturno.

Um lago em Titã
Grupo confirma existência de compostos em estado líquido na superfície de uma das luas de Saturno

Maior lua de Saturno também tem oceano com potencial para abrigar vida
Camada de água líquida ficariam no subterrâneo de Titã, dizem cientistas.
Conclusões são baseadas no padrão de rotação da lua, medido pela sonda Cassini.

Com pesquisa de Dison Franco.