Vattnets egenskaper har fascinerat forskare i århundraden, men ändå förblir dess unika beteende ett mysterium.

Publicerad denna vecka i tidningen Proceedings of the National Academy of Sciences , ett samarbete mellan universiteten i Bristol och Tokyo har försökt en ny väg för att förstå vad som får en vätska att bete sig som vatten.

Jämfört med en vanlig vätska, vatten uppvisar ett stort antal anomalier. Vanliga exempel är det faktum att flytande vatten expanderar vid kylning under 4 C, som är ansvarig för att sjöar fryser från toppen snarare än botten.

Dessutom, det faktum att vatten blir mindre trögflytande när det komprimeras, eller dess ovanligt höga ytspänning, tillåter insekter att gå på vattenytan.

Dessa och många andra anomalier är av grundläggande betydelse i otaliga naturliga och tekniska processer, som jordens klimat, och möjligheten till själva livet. Ur antropisk synvinkel, det är som att vattenmolekylen finjusterats för att ha så unika egenskaper.

Med utgångspunkt från observationen att vattnets egenskaper verkar vara finjusterade, ett samarbete mellan Dr John Russo från University of Bristols School of Mathematics och professor Hajime Tanaka från University of Tokyo, utnyttjade kraften hos kraftfulla superdatorer, använda beräkningsmodeller för att långsamt "untuna" vattnets interaktioner.

Detta visade hur de anomala egenskaperna hos vatten kan ändras och så småningom reduceras till en enkel vätskas. Till exempel, istället för att flyta på vattnet, isens täthet kan ändras kontinuerligt tills den sjunker, och samma sak kan göras med alla vattenavvikelser.

Dr Russo sa:"Med denna procedur, vi har funnit att det som får vatten att bete sig onormalt är närvaron av ett speciellt arrangemang av vattnets molekyler, såsom det tetraedriska arrangemanget, där en vattenmolekyl är vätebunden till fyra molekyler placerade på hörn av en tetraeder.

"Fyra av sådana tetraedriska arrangemang kan organisera sig på ett sådant sätt att de delar en gemensam vattenmolekyl i centrum utan att överlappa varandra.

"Det är närvaron av detta högordnade arrangemang av vattenmolekyler, blandat med andra oordnade arrangemang som ger vattnet dess säregna egenskaper.

"Vi tror att detta arbete ger en enkel förklaring av anomalierna och belyser vattnets exceptionella natur, vilket gör det så speciellt jämfört med vilket annat ämne som helst."