Ilmuwan terus menemukan betapa uniknya air dan es setiap kali teknologi riset semakin maju. Meskipun es tampak sebagai benda sederhana yang kita temui setiap hari, wujudnya ternyata jauh lebih rumit daripada yang terlihat. Penelitian terbaru yang terbit di jurnal Nature Materials pada tahun 2025 menunjukkan bahwa es dapat membentuk banyak fase berbeda yang tidak pernah kita lihat dalam kehidupan sehari hari. Bahkan, penelitian ini membuka kemungkinan keberadaan es bertekanan tinggi yang dapat muncul dan berubah bentuk pada suhu ruangan.
Temuan ini berasal dari penelitian yang dilakukan oleh Yun Hee Lee dan timnya yang mempelajari air yang dipaksa berada pada tekanan sangat tinggi. Kondisi ekstrem ini menciptakan fase fase es baru yang disebut metastable yaitu keadaan yang tidak stabil tetapi tetap bertahan cukup lama untuk diamati. Selama puluhan tahun, para ilmuwan hanya menemukan keragaman fase es ini pada suhu sangat rendah di mana pergerakan molekul melambat. Namun penelitian terbaru membuktikan bahwa keberagaman tersebut juga dapat muncul pada suhu yang lebih tinggi termasuk suhu ruangan.
Baca juga artikel tentang: Es dan Petir: Hubungan Tersembunyi yang Baru Terungkap
Penelitian ini memberi petunjuk bahwa air masih menyimpan banyak rahasia yang berhubungan dengan bagaimana molekul molekulnya tersusun dan berubah bentuk. Walaupun air merupakan salah satu zat yang paling sering diteliti dalam ilmu pengetahuan, struktur dan perilakunya ternyata jauh lebih kompleks daripada perkiraan awal.
Peneliti memulai eksperimen dengan menggunakan teknik berteknologi tinggi yaitu diamond anvil cell. Alat ini mampu menciptakan tekanan luar biasa besar dengan menjepit sampel air menggunakan permukaan berlian sintetis. Tekanan sangat ekstrem tersebut dapat mengubah susunan molekul air dan memunculkan bentuk bentuk es yang tidak dikenal. Selain alat tersebut, tim peneliti juga menggunakan teknik X ray free electron laser untuk merekam perubahan struktur air dan es dengan kecepatan dan ketelitian sangat tinggi.
Dengan kombinasi dua teknologi ini, air superterkompresi berubah menjadi es fase VI pada suhu ruangan. Es ini memiliki karakteristik unik karena hanya muncul dalam rentang tekanan tertentu. Keunikan yang menarik perhatian para peneliti yaitu perjalanan yang ditempuh air ketika berubah dari cair menjadi padat dan kembali ke cair. Proses pembentukan dan pelelehan es ini mengikuti beberapa jalur berbeda yang disebut multiple freezing melting pathways.
Jalur yang berbeda tersebut muncul karena air terlebih dahulu melewati fase metastable. Dalam penelitian ini, fase metastable yang ditemukan bernama ice XXI. Fase XXI ini memiliki susunan kristal berbentuk tetragonal yang sangat tidak lazim. Struktur tersebut tidak pernah ditemukan dalam es alami dan hanya muncul ketika air berada pada tekanan sangat tinggi. Keberadaan fase ini sangat penting karena menentukan bagaimana es fase VI terbentuk dan bagaimana ia kembali berubah menjadi air ketika tekanan dilepas.
Proses perubahan fase ini menyerupai persimpangan jalan. Walaupun air akhirnya tiba pada bentuk es yang sama, jalur yang ditempuhnya bisa berbeda bergantung pada tekanan, suhu, dan struktur awal molekulnya. Fenomena ini sangat menarik bagi para ilmuwan karena menunjukkan bahwa perilaku air di bawah tekanan tinggi jauh lebih kompleks daripada teori yang selama ini kita gunakan. Kompleksitas ini berarti masih banyak fase es yang mungkin tersembunyi dan belum pernah ditemukan.
Penemuan jalur perubahan fase yang beragam ini membantu ilmuwan memahami bagaimana air bereaksi terhadap tekanan tinggi di lingkungan ekstrem. Tekanan yang sangat besar banyak ditemukan di tempat tempat seperti interior planet es, dasar lautan yang dalam, atau laboratorium yang mempelajari material superkompresi. Dengan memahami sifat air dalam kondisi ekstrem, kita dapat memperkirakan bagaimana air berperilaku di dalam struktur planet lain atau dalam teknologi yang membutuhkan kondisi tekanan tinggi.
Temuan ini juga memberi wawasan tentang struktur air itu sendiri. Air memiliki sifat unik yang tidak dimiliki zat lain, misalnya mengembang ketika membeku. Banyak misteri seputar sifat fisik air berkaitan dengan bagaimana molekul molekulnya tersusun dan berinteraksi. Dengan pengamatan terhadap fase metastable dan jalur perubahan fase, ilmu pengetahuan dapat mendekati jawaban atas pertanyaan pertanyaan lama tentang sifat aneh air.
Peneliti menemukan bahwa ketika air berada pada tekanan tinggi dan mulai membentuk es fase XXI, struktur molekulnya berubah secara bertahap dari bentuk yang lebih rapat menuju bentuk es yang sangat padat. Perubahan struktur ini memengaruhi jalur yang ditempuh ketika es tersebut kembali mencair. Proses pelelehan tidak selalu berlangsung langsung dari satu fase ke air cair, melainkan melalui beberapa tahap yang bergantung pada kondisi awal pembekuannya.
Fenomena ini menantang anggapan lama bahwa air hanya mengikuti satu jalur perubahan fase ketika dipanaskan atau didinginkan. Dengan bukti baru ini, para ilmuwan kini menyadari bahwa air dapat menempuh banyak kemungkinan jalur yang berbeda. Setiap jalur menyimpan informasi tentang kondisi fisik yang memengaruhinya. Pengetahuan ini dapat membantu pengembangan model fisika baru yang lebih akurat menggambarkan perilaku air.
Pada akhirnya, riset ini memperluas batas pemahaman kita tentang air sebagai salah satu zat paling penting di alam semesta. Air bukan hanya cairan sederhana yang menopang kehidupan tetapi juga material kompleks yang dapat berubah bentuk dan struktur dalam berbagai kondisi ekstrem. Penelitian seperti ini membuka peluang untuk menemukan fase fase es baru yang mungkin memiliki kegunaan praktis dalam teknologi penyimpanan energi atau rekayasa material.
Pengetahuan tentang fase fase metastable juga bermanfaat untuk memahami fenomena alam yang sebelumnya tampak misterius, termasuk bagaimana es terbentuk di planet lain atau bagaimana tekanan ekstrem memengaruhi material di kedalaman bumi. Dengan menggali lebih dalam sifat air di bawah tekanan tinggi, ilmu pengetahuan dapat merancang teknologi yang lebih canggih serta memprediksi sistem alam dengan lebih akurat.
Penelitian ini menunjukkan bahwa air masih penuh kejutan. Setiap penemuan baru membawa kita lebih dekat untuk memahami bagaimana alam bekerja pada tingkatan paling fundamental. Jika satu zat sederhana seperti air dapat menyimpan begitu banyak kerumitan, alam semesta kemungkinan masih menyimpan jutaan fenomena lain yang menunggu untuk diungkap.
Baca juga artikel tentang: Himalaya yang Menghangat: Pertanda Dunia Kita Sedang Bergeser
REFERENSI:
Lee, Yun-Hee dkk. 2025. Multiple freezing–melting pathways of high-density ice through ice XXI phase at room temperature. Nature Materials, 1-8.
