Учените са открили нова форма на лед – той може да е често срещан на далечни, богати на вода планети

Физиците от UNLV са пионери в нова техника за лазерно нагряване в диамантена наковалня (на снимката тук) като част от откриването на нова форма на лед. Кредит: Крис Хигинс

Констатациите биха могли да имат отражение върху нашето разбиране за далечни, богати на вода планети.

Изследователите от NLV откриха нова форма на лед, която предефинира свойствата на водата при високо налягане.

Твърдата вода или ледът е като много други вещества, тъй като може да образува различни твърди вещества въз основа на променящите се температури и условия на налягане, като образуване на диамантен въглерод или графит. Водата обаче е изключителна в този аспект, тъй като има поне 20 твърди форми на лед, известни ни.

Екип от учени, работещи в лабораторията за екстремни условия на UNLV в Невада, разработиха нов метод за измерване на свойствата на водата под високо налягане. Водната проба първо беше притисната между противоположните краища на диамантите – замразена в няколко смесени ледени кристали. След това ледът беше подложен на техника за лазерно нагряване, която го накара временно да се стопи, преди бързо да се образува отново в прахообразен клъстер от малки кристали.

Чрез постепенно увеличаване на налягането и периодично взривяване с лазерен лъч, екипът наблюдава, че водният лед преминава от добре познатата кубична фаза, Ice-VII, към новооткритата междинна и кватернерна фаза, Ice-VIIt, преди да се утаи. до друг добре известен етап, Ice-X.

Зак Гранде, д-р в UNLV. Талеб, който ръководи работа, която също показа, че преходът към Ice-X, когато водата се втвърди, се случва при много по-ниско налягане, отколкото се смяташе преди.

Макар че е малко вероятно да открием тази нова фаза на лед някъде на Земята, вероятно тя ще бъде често срещан компонент в мантията на Земята, както и на големите луни и богатите на вода планети извън нашата слънчева система.

Резултатите на отбора бяха отчетени в броя на списанието от 17 март 2022 г физически преглед б.

За вкъщи

Изследователският екип работи, за да разбере поведението на водата под високо налягане, която може да присъства във вътрешността на далечни планети.

За да направят това, Гранди и физикът от UNLV Ashkan Lammat поставиха проба вода между върховете на два кръгли диаманта, известни като диамантени наковални клетки, стандартна функция в областта на физиката на високото налягане. Прилагането на малко сила върху диаманта позволи на изследователите да пресъздадат налягания, толкова високи, колкото тези в центъра на Земята.

Чрез компресиране на водна проба между тези диаманти, учените задвижват кислородните и водородните атоми в различни различни подреждания, включително новооткритата подредба Ice-VII.

Не само, че първата по рода си техника за лазерно нагряване позволи на учените да наблюдават нова фаза на водния лед, но екипът също така установи, че преходът към Ice-X е настъпил при налягане, почти три пъти по-ниско, отколкото се смяташе преди – при 300 000 атмосфери вместо 1 милион. Този преход е обект на много дебати в обществото от няколко десетилетия.

„Работата на Зак показа, че този преход към йонно състояние се случва при много по-ниски налягания, отколкото се смяташе преди“, каза Саламат. „Това е липсващото парче и най-точните измервания на водата при тези условия.“

Саламат добави, че работата също така калибрира нашето разбиране за образуването на екзопланети. Изследователите предполагат, че лед-VII фазата на леда може да присъства в изобилие в кората и горната мантия на проектирани богати на вода планети извън нашата слънчева система, което означава, че те могат да имат условия за обитаване.

Справка: „Преходи на симетрия, задвижвани от налягане, в плътен H₂O ice” от Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang и Jesse S. 17 март 2022 г. Наличен тук физически преглед б.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

Сътрудниците в Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор използваха голям суперкомпютър, за да симулират пренареждане на връзките – предсказвайки, че фазовите преходи трябва да се случват точно там, където са измерени чрез експерименти.

Допълнителни сътрудници включват физиците на UNLV Джейсън Стивън и Джон Боасферт, минералологът на UNLV Оливър Чунер и учени от Националната лаборатория на Аргон и Университета на Аризона.