Bladeren door de collectie precolumbiaanse Amerikaanse kunst en gereedschappen van het Gilcrease Museum in Tulsa, OKE, men komt steeds weer terug bij de messen van obsidiaan, pijlpunten (of "projectielpunten, " aan antropologen), en zelfs oorsieraden - glanzend zwart, zacht, en glazig. Tienduizenden jaren lang, inheemse volkeren maakten deze voorwerpen van afgekoelde lava, mooi, maar ook in staat om millennia lang een scherp randje vast te houden. In dezelfde museumcollectie vind je ook metalen messen, sommige slechts een paar eeuwen oud, al ontpit en verroest, en een reeks keramische items in verschillende stadia van verval, van verrassend ongerept tot vervaagd en gebarsten. Duidelijk, deze verschillende materialen - glasachtig obsidiaan, aards keramiek, en metaal - hebben eigenschappen die van invloed zijn op hoe ze de tand des tijds doorstaan.

"Er zijn moeilijke problemen om te begrijpen hoe materialen corroderen over echt lange tijdspannes, " zei Gerard Frankel, directeur van het Center for Performance and Design of Nuclear Waste Forms and Containers (WastePD). "Dit zijn wetenschappelijke kwesties, " vervolgde hij. "Daarom hebben we fundamentele wetenschap nodig."

Frankel, een professor aan de Ohio State University, richt die wetenschappelijke lens op glas, keramiek, en metalen die worden gebruikt om resten uit de Koude Oorlog op te vangen, inclusief ~ 90 miljoen gallons radioactieve vloeistof en slib (zoals nat strandzand). Door het afval te laten stollen als glas of keramiek, voorkomt u dat het in de bodem en het grondwater lekt. De vaste vorm houdt het afval duizenden jaren vast, waardoor de radioactieve materie de tijd krijgt om te vervallen tot veiliger niveaus.

Om het afval te laten stollen, het is bereid en gemengd in de recepten voor glas of keramiek. Het gestolde afval, ook wel afvalvorm genoemd, wordt vervolgens in speciaal ontworpen metalen bussen geplaatst en opgeslagen. Defensiegerelateerd afval in South Carolina wordt al verglaasd. Een andere dergelijke fabriek is in aanbouw in de staat Washington.

Hoewel glas, keramiek, en metalen vormen bestaan ​​al eeuwen, onderzoekers weten nog geen belangrijke details over hoe materialen afbrokkelen, oplossen, of anderszins ongedaan worden gemaakt. "Direct, we begrijpen corrosie in afvalvorm niet genoeg om met een goed model te komen, ' zei Frankel.

Je kunt niet zomaar je ding alleen doen. Om de onderliggende wetenschap te ontwikkelen die nodig is om corrosie in afvalvorm te modelleren, Frankel bracht materiaalwetenschappers samen, ingenieurs, computermodelleurs, en theoretici als WastePD, een Energy Frontier Research Center gefinancierd door het Department of Energy's (DOE's) Office of Science.

De verschillende perspectieven geven het team een ​​brede kijk op wetenschappelijke vragen. Nog beter, ze bieden meer technieken, gereedschap, en knowhow om antwoorden te krijgen. Maar samenwerken, vooral in negen tijdzones, heeft zijn uitdagingen. "We besteden veel tijd aan interactie, "zei Frankel. "Je kunt niet zomaar je ding alleen doen."

Een vroege overwinning voor het team was het oplossen van een bijzonder vervelend probleem met water op glasafval.

Tijd en tij wachten op geen verspilling. Onderzoekers gaan ervan uit dat gedurende de duizenden jaren dat het afval in opslag ligt, regenwater of grondwater binnendringt.

Als glas met water is bedekt, ofwel vormt zich een beschermende of een onstabiele laag. De onstabiele film versnelt glascorrosie, waardoor het glas veel sneller afbrokkelt dan wanneer het een beschermende film had.

"Om te bepalen wat de formatie drijft, we moeten het in detail bekijken, " zei John Wenen, die het glasstootgebied van WastePD leidt en werkt bij DOE's Pacific Northwest National Laboratory.

Maar de reacties vinden onder water plaats. Terwijl je het oppervlak gemakkelijk kon zien, conventionele technieken zijn niet ontworpen om nauwkeurige gegevens op een onderwateroppervlak te krijgen. "Het is een heilige graal van de chemie geweest, ’ zei Wenen.

Door samen te werken heeft het team een ​​manier gevonden. Elk teamlid bracht ideeën aan en paste deze toe. Het is alsof je een dozijn internationaal gerenommeerde chef-koks bij elkaar brengt en hen vraagt ​​een vis te koken, en dan al die kennis en technieken combineren om iets te doen wat nog nooit eerder is gezien.

Ze begonnen met het flitsen van ongerept water op glas. Het is als een bevroren, frosted chocolate sheet cake met glas als cake en water als kers. Ze sneden een dun stuk, zoals het snijden van een kleine portie, en analyseerde het. Ze herhaalden het experiment om de paar seconden omdat het water een onstabiele poreuze laag op het glas veroorzaakte, in wezen het creëren van een geavanceerd flipbook.

De verontrustende laag die wordt gevormd door de reactie van water en glas, schept kleine stukjes glas van het oppervlak en laat water naar binnen, net zoals het zou kunnen op een opslagplaats. De structuur van de film - hoeveel poriën worden gevormd, hoe diep, en hoe ver uit elkaar - bepaalt hoe snel het glas afbrokkelt.

"Onze samenwerking was in het begin een soort shotgun-huwelijk, " zei Vienna. De studie van de glascorrosie in water is slechts één voorbeeld van hoe verschillende mensen samenkomen, verschillende instrumenten, en verschillende ideeën kunnen leiden tot een oplossing. "Nutsvoorzieningen, we boeken echte vooruitgang door technieken te gebruiken die slechts op één gebied werden gebruikt en manieren om naar de problemen te kijken."