Vedci objavili novú formu ľadu – môže byť bežný na vzdialených planétach bohatých na vodu

Zistenia môžu mať dôsledky pre naše chápanie vzdialených planét bohatých na vodu.

Výskumníci NLV objavili novú formu ľadu, ktorá nanovo definuje vlastnosti vody pri vysokom tlaku.

Pevná voda alebo ľad je ako mnoho iných materiálov v tom, že môže vytvárať rôzne pevné materiály v závislosti od premenlivých teplotných a tlakových podmienok, ako je napríklad uhlík tvoriaci diamant alebo grafit. Voda je však v tomto smere výnimočná, pretože poznáme najmenej 20 pevných foriem ľadu.

Tím vedcov pracujúcich v laboratóriu UNLV v Nevada Extreme Conditions Lab je priekopníkom novej metódy merania vlastností vody pod vysokým tlakom. Vzorka vody bola najprv vtlačená medzi hroty dvoch protiľahlých diamantov – zmrazená do mnohých zmrazených ľadových kryštálov. Ľad bol potom podrobený technike laserového zahrievania, ktorá ho dočasne roztopila a potom sa rýchlo pretvorila na práškovú zbierku drobných kryštálov.

Postupným zvyšovaním tlaku a pravidelným otryskávaním laserovým lúčom tím zistil, že vodný ľad sa pred infekciou usadil zo známej kubickej fázy Ice-VII do novoobjavenej strednej a tetragonálnej fázy Ice-VIIT. . V ďalšej známej fáze, Ice-X.

Zach Grande, UNLV Ph.D. študent viedol prácu, ktorá tiež preukázala, že prechod na Ice-X, keď voda agresívne stvrdne, nastáva pri oveľa nižších tlakoch, než sa pôvodne predpokladalo.

Aj keď je nepravdepodobné, že túto novú fázu ľadu nájdeme kdekoľvek na zemskom povrchu, je to pravdepodobne bežná súčasť na Zemi, ako aj na veľkých mesiacoch a planétach bohatých na vodu mimo našej slnečnej sústavy.

Zistenia tímu boli uvedené v časopise zo 17. marca 2022 Fyzický prehľad B,

zobrať

Výskumný tím pracoval na pochopení správania sa vody pod vysokým tlakom, ktorá sa môže nachádzať vo vnútri vzdialených planét.

Aby to urobili, Grande a fyzik z UNLV Ashkan Salamat umiestnili vzorku vody medzi hroty dvoch diamantov s kruhovým výbrusom, známych ako diamantová kovadlina, čo je štandardná funkcia v oblasti fyziky vysokého tlaku. Aplikovaním miernej sily na diamant boli výskumníci schopní obnoviť tlaky nachádzajúce sa v strede Zeme.

Vtlačením vzorky vody medzi tieto diamanty vedci presunuli atómy kyslíka a vodíka do niekoľkých rôznych usporiadaní, vrátane novoobjaveného usporiadania Ice-VIIT.

Nielenže prvá technika svojho druhu laserového zahrievania umožnila vedcom pozorovať novú fázu vodného ľadu, ale tím tiež zistil, že prechod na Ice-X nastal pri asi trikrát nižšom tlaku, ako sa doteraz predpokladalo – ale 300 000 atmosfér namiesto 1 milióna. Táto infekcia je predmetom mnohých diskusií v komunite už niekoľko desaťročí.

„Zachova práca ukázala, že k tejto zmene iónového stavu dochádza pri oveľa nižších tlakoch, než sa pôvodne predpokladalo,“ povedal Salamat. „Toto je chýbajúci kus a najpresnejšie meranie, aké kedy bolo urobené na vode v týchto podmienkach.“

Práca tiež reštrukturalizuje naše chápanie štruktúry exoplanét, povedal Salamat. Výskumníci predpovedajú, že ľadová fáza ľadu-VIIt môže byť hojná v očakávanej planetárnej kôre bohatej na vodu a hornom plášti mimo našej slnečnej sústavy, čo znamená, že môžu mať obývateľné podmienky pre život.

Odkaz: „Prechod symetrie poháňaný tlakom v hustom H“₂O Ice“ od Zacharyho M. Grandea, C. Hugha Phama, Deana Smitha, Johna H. Boiswarta, Chenliang Huanga, Jesseho S. Smitha, Nira Goldmana, Jonathana L. Beloffa, Olivera Tschunnera, Jasona H. Stephena a Ashkana Salamata, 17. marca 2022, Fyzický prehľad B,
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.104109

Spolupracovníci z Lawrence Livermore National Laboratory použili veľký superpočítač na simuláciu preskupenia väzieb – predpovedali, že fázové prechody by sa mali vyskytnúť presne tam, kde boli merané experimentmi.

Medzi ďalších spolupracovníkov patria fyzici UNLV Jason Stephen a John Boiswart, mineralóg UNLV Oliver Tschner a vedci z Argonne National Laboratory a University of Arizona.