Sfogliando la collezione di arte e strumenti americani precolombiani del Gilcrease Museum a Tulsa, OK, si continua a tornare ai coltelli di ossidiana, punte di freccia (o "punti proiettili, " agli antropologi), e persino ornamenti per le orecchie:nero lucido, liscio, e vetroso. Per decine di migliaia di anni, le popolazioni indigene hanno modellato questi oggetti con la lava raffreddata, bella ma anche in grado di mantenere un tagliente spigolo per millenni. La stessa collezione museale comprende anche coltelli in metallo, alcuni vecchi di pochi secoli, già butterato e arrugginito, e una gamma di articoli in ceramica in vari stadi di deterioramento, da sorprendentemente immacolati a sbiaditi e screpolati. Chiaramente, questi diversi materiali:ossidiana vetrosa, ceramica terrosa, e metallico:hanno proprietà che influenzano il modo in cui resistono alla prova del tempo.

"Ci sono problemi difficili nel capire come i materiali si corrodono su intervalli di tempo davvero lunghi, " disse Gerald Frankel, direttore del Center for Performance and Design of Nuclear Waste Forms and Containers (WastePD). "Questi sono problemi scientifici, " ha continuato. "Ecco perché abbiamo bisogno della scienza fondamentale".

Frankel, un professore della Ohio State University, focalizza quella lente scientifica sul vetro, ceramica, e metalli usati per intrappolare gli avanzi della Guerra Fredda, inclusi ~90 milioni di galloni di liquido radioattivo e fanghi (come la sabbia bagnata della spiaggia). La solidificazione dei rifiuti sotto forma di vetro o ceramica impedisce loro di fuoriuscire nel suolo e nelle acque sotterranee. La forma solida trattiene i rifiuti per migliaia di anni, dando alla materia radioattiva il tempo di decadere a livelli più sicuri.

Per solidificare i rifiuti, viene preparato e mescolato nelle ricette per il vetro o la ceramica. I rifiuti solidificati, a.k.a. forma di rifiuto, viene quindi sistemato in contenitori metallici appositamente progettati e conservato. I rifiuti legati alla difesa nella Carolina del Sud sono già stati vetrificati. Un altro impianto del genere è in costruzione nello Stato di Washington.

Sebbene il vetro, ceramica, e le forme metalliche esistono da secoli, i ricercatori non conoscono ancora i dettagli chiave su come i materiali si sgretolano, sciogliere, o altrimenti venire annullato. "Proprio adesso, non capiamo abbastanza la corrosione dei rifiuti per trovare un buon modello, " disse Frankel.

Non puoi semplicemente andartene e fare le tue cose da solo. Per sviluppare la scienza di base necessaria per modellare la corrosione dei rifiuti, Frankel ha riunito scienziati dei materiali, ingegneri, modellatori informatici, e teorici come WastePD, un Energy Frontier Research Center finanziato dall'Office of Science del Department of Energy (DOE).

Le diverse prospettive offrono al team una visione ampia delle questioni scientifiche. Anche meglio, offrono più tecniche, utensili, e know-how per ottenere risposte. Ma collaborando, soprattutto in nove fusi orari, ha le sue sfide. "Passiamo molto tempo a interagire, " disse Frankel. "Non puoi semplicemente andartene e fare le tue cose da solo."

Una vittoria anticipata per il team è stata la risoluzione di un problema particolarmente fastidioso relativo all'acqua sulle forme di scarto di vetro.

Il tempo e la marea non aspettano sprechi. I ricercatori ipotizzano che durante le migliaia di anni in cui i rifiuti rimangono in deposito, l'acqua piovana o sotterranea entrerà.

Quando il vetro è coperto d'acqua, si forma uno strato protettivo o instabile. Il film instabile accelera la corrosione del vetro, facendo sgretolare il vetro molto più velocemente che se avesse una pellicola protettiva.

"Per determinare cosa guida la formazione, dobbiamo guardarlo in dettaglio, " disse John Vienna, che guida l'area di spinta del vetro di WastePD e lavora presso il Pacific Northwest National Laboratory del DOE.

Ma le reazioni avvengono sott'acqua. Mentre potevi vedere facilmente la superficie, le tecniche convenzionali non sono progettate per ottenere dati accurati su una superficie subacquea. "È stato un Santo Graal della chimica, " ha detto Vienna.

Il team ha trovato un modo collaborando. Ogni membro del team ha portato idee e le ha applicate. È come riunire una dozzina di chef di fama internazionale e chiedere loro di cucinare un pesce, e poi combinare tutte quelle conoscenze e tecniche per fare qualcosa che nessuno ha mai visto prima.

Hanno iniziato congelando l'acqua incontaminata sul vetro. È come un congelato, torta al cioccolato glassata con vetro come torta e acqua come glassa. Hanno affettato un pezzo sottile, come tagliare una piccola porzione, e analizzato. Hanno ripetuto l'esperimento ogni pochi secondi poiché l'acqua ha causato la formazione di uno strato poroso instabile sul vetro, essenzialmente creando un sofisticato flipbook.

Lo strato inquietante formato dalla reazione dell'acqua e del vetro raccoglie piccoli frammenti di vetro dalla superficie e lascia entrare l'acqua, proprio come potrebbe in un sito di stoccaggio. La struttura del film:quanti pori si formano, quanto profondo, e quanto distanti:determina quanto velocemente il vetro si sbriciola.

"La nostra collaborazione è stata una specie di matrimonio riparatore all'inizio, " ha detto Vienna. Lo studio della corrosione del vetro nell'acqua è solo un esempio di come mettere insieme persone diverse, strumenti diversi, e idee diverse possono portare a una soluzione. "Ora, stiamo facendo progressi reali utilizzando tecniche che sono state utilizzate solo in un'area e modi di guardare ai problemi".