Naukowcy odkryli nową formę lodu — może być powszechna na odległych, bogatych w wodę planetach

Fizycy z UNLV opracowali pionierską technikę nagrzewania laserowego w diamentowej komórce kowadła (na zdjęciu tutaj) w ramach odkrycia nowej formy lodu. Źródło: Chris Higgins

Odkrycia mogą mieć znaczenie dla naszego zrozumienia odległych, bogatych w wodę planet.

Naukowcy z NLV odkryli nową formę lodu, redefiniującą właściwości wody pod wysokim ciśnieniem.

Woda w stanie stałym lub lód jest jak wiele innych substancji, ponieważ może tworzyć różne ciała stałe w zależności od zmieniających się temperatur i warunków ciśnienia, takich jak węgiel diamentowy lub grafit. Jednak woda jest pod tym względem wyjątkowa, ponieważ znanych nam jest co najmniej 20 stałych form lodu.

Zespół naukowców pracujących w Laboratorium Ekstremalnych Warunków UNLV w Nevadzie opracował nową metodę pomiaru właściwości wody pod wysokim ciśnieniem. Próbka wody została najpierw ściśnięta między przeciwległymi końcami diamentów — zamrożona w kilka mieszanych kryształków lodu. Lód został następnie poddany laserowej technice ogrzewania, która spowodowała jego czasowe stopienie, po czym szybko uformowała się w przypominający proszek szereg maleńkich kryształów.

Poprzez stopniowe zwiększanie ciśnienia i okresowe wysyłanie go wiązką laserową zespół zaobserwował, że lód wodny przechodzi z dobrze znanej fazy kubicznej, Ice-VII, do nowo odkrytej fazy pośredniej i czwartorzędowej, Ice-VIIt, zanim opadnie. do innego znanego etapu, Ice-X.

Doktor Zach Grande w UNLV. Taleb, który prowadził prace, które wykazały również, że przejście do Ice-X, gdy woda twardnieje, następuje przy znacznie niższym ciśnieniu niż wcześniej sądzono.

Chociaż jest mało prawdopodobne, że znajdziemy tę nową fazę lodu gdziekolwiek na Ziemi, prawdopodobnie będzie to powszechny składnik płaszcza Ziemi, a także dużych księżyców i bogatych w wodę planet poza naszym Układem Słonecznym.

Wyniki zespołu zostały ogłoszone w magazynie z 17 marca 2022 r. przegląd fizyczny b.

Na wynos

Zespół badawczy pracował nad zrozumieniem zachowania wody pod wysokim ciśnieniem, która może znajdować się we wnętrzach odległych planet.

Aby to zrobić, Grandi i fizyk z UNLV Ashkan Salama umieścili próbkę wody między końcami dwóch okrągłych diamentów zwanych komórkami kowadeł diamentowych, co jest standardową funkcją w dziedzinie fizyki wysokich ciśnień. Przyłożenie niewielkiej siły do ​​diamentu umożliwiło naukowcom odtworzenie ciśnień tak wysokich, jak w centrum Ziemi.

Sprasowując próbkę wody pomiędzy tymi diamentami, naukowcy wprowadzili atomy tlenu i wodoru w różne układy, w tym nowo odkryty układ Ice-VIIt.

Pierwsza w swoim rodzaju technika nagrzewania laserowego nie tylko pozwoliła naukowcom zaobserwować nową fazę lodu wodnego, ale zespół odkrył również, że przejście do Ice-X nastąpiło przy ciśnieniu prawie trzykrotnie niższym niż wcześniej sądzono – przy 300 tys. atmosfery zamiast 1 miliona. Ta przemiana była tematem gorących dyskusji w społeczności od kilkudziesięciu lat.

„Praca Zacha pokazała, że ​​to przejście do stanu jonowego zachodzi przy znacznie niższym ciśnieniu niż wcześniej sądzono” – powiedział Salamat. „To brakujący element i najdokładniejsze pomiary na wodzie w tych warunkach”.

Salamat dodał, że praca jest również rekalibracją naszego rozumienia powstawania egzoplanet. Naukowcy postawili hipotezę, że faza lodu-VIT może występować w obfitości w skorupie i górnym płaszczu planet bogatych w wodę poza naszym Układem Słonecznym, co oznacza, że ​​mogą istnieć warunki do życia.

Odniesienie: „Wywołane ciśnieniem przejścia symetrii w gęstym H₂O ice” Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang i Jesse S. 17 marca 2022 r. Dostępne tutaj przegląd fizyczny b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

Współpracownicy z Lawrence Livermore National Laboratory wykorzystali duży superkomputer do symulacji przegrupowań wiązań — przewidując, że przejścia fazowe powinny zachodzić dokładnie tam, gdzie zostały zmierzone eksperymentalnie.

Dodatkowi współpracownicy to fizycy UNLV Jason Stephen i John Boasfert, mineralog UNLV Oliver Chuner oraz naukowcy z Argonne National Laboratory i University of Arizona.