Ученые обнаружили новую форму льда — она может быть распространена на далеких, богатых водой планетах

Физики UNLV первыми применили новый метод лазерного нагрева в ячейке с алмазной наковальней (на фото) в рамках своего открытия новой формы льда. Кредит: Крис Хиггинс

Выводы могут иметь значение для нашего понимания далеких, богатых водой планет.

Исследователи NLV обнаружили новую форму льда, переопределяющую свойства воды под высоким давлением.

Твердая вода или лед, как и многие другие вещества, могут образовывать различные твердые тела в зависимости от изменения температуры и условий давления, например, образуя алмазный углерод или графит. Однако вода в этом аспекте исключительна, поскольку нам известно не менее 20 твердых форм льда.

Группа ученых, работающих в Лаборатории экстремальных условий UNLV в Неваде, разработала новый метод измерения свойств воды под высоким давлением. Проба воды сначала была сжата между противоположными концами ромбов — заморожена в несколько смешанных кристаллов льда. Затем лед подвергли лазерному нагреву, в результате чего он временно растаял, прежде чем быстро преобразоваться в порошкообразный кластер из крошечных кристаллов.

Постепенно увеличивая давление и периодически обстреливая его лазерным лучом, команда наблюдала, как водяной лед переходит из хорошо известной кубической фазы, Ice-VII, в недавно обнаруженную промежуточную и четвертичную фазу, Ice-VIIt, прежде чем оседать. на другой известный этап, Ice-X.

Зак Гранде, доктор философии в UNLV. Талеб, руководивший работой, которая также показала, что переход к Ice-X, когда вода затвердевает, происходит при гораздо более низком давлении, чем считалось ранее.

Хотя маловероятно, что мы найдем эту новую фазу льда где-либо на Земле, он, вероятно, будет обычным компонентом в мантии Земли, а также на больших лунах и богатых водой планетах за пределами нашей Солнечной системы.

Результаты команды были опубликованы в номере журнала от 17 марта 2022 г. физический обзор б.

Забрать

Исследовательская группа работала над тем, чтобы понять поведение воды под высоким давлением, которая может присутствовать в недрах далеких планет.

Для этого Гранди и физик из UNLV Ашкан Ламмат поместили образец воды между кончиками двух алмазов круглой огранки, известных как ячейки алмазной наковальни, что является стандартной функцией в области физики высоких давлений. Применение небольшой силы к алмазу позволило исследователям воссоздать давление столь же высокое, как и в центре Земли.

Сжимая образец воды между этими алмазами, ученые привели атомы кислорода и водорода в различные конфигурации, в том числе в недавно открытую структуру Ice-VIIt.

Мало того, что первый в своем роде метод лазерного нагрева позволил ученым наблюдать новую фазу водяного льда, команда также обнаружила, что переход к Ice-X произошел при давлении почти в три раза ниже, чем считалось ранее — при 300 000 атмосфер вместо 1 млн. Этот переход был предметом многочисленных дискуссий в обществе на протяжении нескольких десятилетий.

«Работа Зака ​​показала, что этот переход в ионное состояние происходит при гораздо более низких давлениях, чем считалось ранее», — сказал Саламат. «Это недостающая часть и самые точные измерения на воде в этих условиях».

Саламат добавил, что работа также пересматривает наше понимание формирования экзопланет. Исследователи предполагают, что фаза льда Ice-VIIt может в изобилии присутствовать в коре и верхней мантии предполагаемых богатых водой планет за пределами нашей Солнечной системы, а это означает, что они могут иметь пригодные для жизни условия.

Ссылка: «Переходы симметрии под давлением в плотных H₂О лед» Закари М. Гранде, Си Хой Фама, Дина Смита, Джона Х. Бойсферта, Циньляна Хуанга и Джесси С. 17 марта 2022 г. Доступно здесь физический обзор б.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

Сотрудники Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса использовали большой суперкомпьютер для моделирования перегруппировок связей, предсказывая, что фазовые переходы должны происходить именно там, где они были измерены экспериментально.

В число дополнительных сотрудников входят физики UNLV Джейсон Стивен и Джон Боасферт, минералог UNLV Оливер Чунер и ученые из Аргоннской национальной лаборатории и Университета Аризоны.