Исследователи UNLV обнаружили новую форму льда, переопределяющую свойства воды при высоком давлении.
Твердая вода или лед, как и многие другие материалы, могут образовывать различные твердые материалы в зависимости от условий переменной температуры и давления, например, углерод, образующий алмаз или графит.
![]()
Фото из открытых источников
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 . Образец воды был сначала сжат между кончиками двух ромбов, обращенных друг к другу, и замерз в несколько перемешанных кристаллов льда. Затем лед подвергли лазерному нагреву, который временно расплавил его, прежде чем он быстро превратился в порошкообразный набор крошечных кристаллов.
Постепенно повышая давление и периодически обстреливая его лазерным лучом, команда наблюдала, как водяной лед совершает переход от известной кубической фазы, Ice-VII, к недавно открытой промежуточной и тетрагональной фазе, Ice-VIIt, прежде чем переходит в другую известную фазу, Ice-X.
Зак Гранде, доктор философии UNLV. студент, руководил работой, которая также продемонстрировала, что переход к Ice-X, когда вода агрессивно застывает, происходит при гораздо более низком давлении, чем считалось ранее.
Хотя маловероятно, что мы найдем эту новую фазу льда где-либо на поверхности Земли, скорее всего, это обычный компонент мантии Земли, а также больших лун и богатых водой планет за пределами нашей Солнечной системы.
Выводы группы были опубликованы в номере журнала Physical Review B от 17 марта.
Исследовательская группа работала над тем, чтобы понять поведение воды под высоким давлением, которая может присутствовать в недрах далеких планет.
Для этого Гранде и физик UNLV Ашкан Саламат поместили образец воды между кончиками двух алмазов круглой огранки, известных как ячейки алмазной наковальни, что является стандартной функцией в области физики высоких давлений . Применение небольшого усилия к алмазам позволило исследователям воссоздать давление столь же высокое, как и в центре Земли.
Поместив образец воды между этими алмазами, ученые привели атомы кислорода и водорода в различные расположения, в том числе в недавно обнаруженное расположение 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 широко обсуждаемой темой в сообществе на протяжении нескольких десятилетий.
«Работа Зака продемонстрировала, что это преобразование в ионное состояние происходит при гораздо более низких давлениях, чем когда-либо считалось», — сказал Саламат. «Это недостающая часть и самые точные измерения, когда-либо проводившиеся на воде в таких условиях».
Работа также пересматривает наше понимание состава экзопланет, добавил Саламат. Исследователи предполагают, что фаза льда Ice-VIIt может существовать в изобилии в коре и верхней мантии предполагаемых богатых водой планет за пределами нашей Солнечной системы, а это означает, что на них могут быть условия для жизни.
