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

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.