Bläddra i Gilcrease Museums samling av förcolumbiansk amerikansk konst och verktyg i Tulsa, OK, man kommer hela tiden tillbaka till obsidianknivarna, pilspetsar (eller "projektilpunkter, "till antropologer), och till och med öronprydnader – blanksvart, slät, och glasig. I tiotusentals år, ursprungsbefolkningen gjorde dessa föremål av kyld lava, vacker men också kunna hålla en skarp kant i årtusenden. I samma museumssamling finns också metallknivar, några bara några hundra år gamla, redan gropiga och rostiga, och en rad keramiska föremål i olika stadier av försämring från överraskande orörda till bleka och spruckna. Klart, dessa olika material – glasartad obsidian, jordnära keramik, och metallisk – har egenskaper som påverkar hur de klarar tidens tand.

"Det finns svåra problem med att förstå hur material korroderar under riktigt långa tidsperioder, sa Gerald Frankel, chef för Center for Performance and Design of Nuclear Waste Forms and Containers (WastePD). "Detta är vetenskapliga frågor, " fortsatte han. "Det är därför vi behöver grundläggande vetenskap."

Frankel, professor i Ohio State University, fokuserar den vetenskapliga linsen på glas, keramik, och metaller som används för att fånga kvarvarande kalla kriget, inklusive ~90 miljoner liter radioaktiv vätska och slam (som blöt strandsand). Genom att stelna avfallet som glas eller keramik förhindrar det att det läcker ut i mark och grundvatten. Den fasta formen håller kvar avfallet i tusentals år, ger det radioaktiva materialet tid att sönderfalla till säkrare nivåer.

För att stelna avfallet, den förbereds och blandas in i recepten för glas eller keramik. Det stelnade avfallet, a.k.a. avfallsform, läggs sedan i specialdesignade metallkapslar och förvaras. Försvarsrelaterat avfall i South Carolina håller redan på att glaseras. En annan sådan anläggning är under uppbyggnad i delstaten Washington.

Även om glas, keramik, och metallformer har funnits i evigheter, forskare vet ännu inte viktiga detaljer om hur material faller sönder, upplösa, eller på annat sätt ångras. "Just nu, vi förstår inte avfallsform korrosion tillräckligt för att komma fram till en bra modell, sa Frankel.

Du kan inte bara gå iväg och göra din grej ensam. För att utveckla den underliggande vetenskapen som krävs för att modellera avfall från korrosion, Frankel samlade materialforskare, ingenjörer, datormodellerare, och teoretiker som WastePD, ett Energy Frontier Research Center finansierat av Department of Energy's (DOE:s) Office of Science.

De olika perspektiven ger teamet en bred syn på vetenskapliga frågor. Ännu bättre, de erbjuder fler tekniker, verktyg, och kunskap för att få svar. Men att samarbeta, speciellt över nio tidszoner, har sina utmaningar. "Vi spenderar mycket tid på att interagera, sade Frankel. Du kan inte bara gå iväg och göra din grej ensam.

En tidig vinst för laget löste ett särskilt irriterande problem som involverade vatten på glasavfallsformer.

Tid och tidvatten väntar på inget slöseri. Forskare antar att under de tusentals år som avfallet ligger i lager, regnvatten eller grundvatten kommer in.

När glaset är täckt av vatten, antingen bildas ett skyddande eller ett instabilt lager. Den instabila filmen påskyndar glaskorrosion, vilket gör att glaset smulas sönder mycket snabbare än om det hade en skyddsfilm.

"För att avgöra vad som driver formationen, vi måste titta på det i detalj, sade John Vienna, som leder WastePD:s glastrycksområde och arbetar på DOE:s Pacific Northwest National Laboratory.

Men reaktionerna sker under vattnet. Även om du lätt kunde se ytan, Konventionella tekniker är inte utformade för att få korrekta data på en undervattensyta. "Det har varit en helig gral av kemi, sa Wien.

Teamet hittade ett sätt genom att samarbeta. Varje gruppmedlem tog in idéer och tillämpade dem. Det är som att sammanföra ett dussin internationellt kända kockar och be dem laga en fisk, och sedan kombinera all den kunskapen och teknikerna för att göra något som ingen har sett förut.

De började med att flashfrysa orördt vatten på glas. Det är som en frusen, frostad chokladbladstårta med glas som tårta och vatten som glasyr. De skar en tunn bit, som att skära en liten portion, och analyserade det. De upprepade experimentet med några sekunders mellanrum eftersom vattnet fick ett instabilt poröst lager att bildas på glaset, i huvudsak skapa en sofistikerad blädderbok.

Det oroande lagret som bildas av vattnet och glaset som reagerar öser ut små bitar av glas från ytan och låter vatten komma in, precis som på en lagringsplats. Filmens struktur - hur många porer bildas, hur djupt, och hur långt ifrån varandra – bestämmer hur snabbt glaset smulas.

"Vårt samarbete var något av ett hagelgevärsbröllop i början, ", sa Wien. Studien av glaskorrosion i vatten är bara ett exempel på hur man sammanför olika människor, olika instrument, och olika idéer kan leda till en lösning. "Nu, vi gör verkliga framsteg genom att använda tekniker som bara användes inom ett område och sätt att se på problemen."