Oamenii de știință au descoperit o nouă formă de gheață – poate fi comună pe planete îndepărtate, bogate în apă

Descoperirile ar putea avea implicații pentru înțelegerea noastră a planetelor îndepărtate, bogate în apă.

Cercetătorii NLV au descoperit o nouă formă de gheață, redefinind proprietățile apei la presiune ridicată.

Apa solidă, sau gheața, este ca multe alte substanțe, prin aceea că poate forma diferite solide în funcție de schimbarea temperaturii și a condițiilor de presiune, cum ar fi formarea de carbon diamantat sau grafit. Cu toate acestea, apa este excepțională în acest aspect, deoarece sunt cunoscute cel puțin 20 de forme solide de gheață.

O echipă de oameni de știință care lucrează la Laboratorul de Condiții Extreme al UNLV din Nevada a conceput o nouă metodă de măsurare a proprietăților apei la presiune ridicată. Proba de apă a fost mai întâi strânsă între capete opuse ale diamantelor – înghețată în mai multe cristale de gheață amestecate. Gheața a fost apoi supusă unei tehnici de încălzire cu laser care a făcut-o să se topească temporar înainte de a se transforma rapid într-un grup de cristale minuscule asemănătoare unei pulberi.

Prin creșterea treptată a presiunii și aruncarea periodică a acesteia cu un fascicul laser, echipa a observat că gheața de apă trece de la binecunoscuta fază cubică, Ice-VII, la nou descoperită fază intermediară și cuaternară, Ice-VIIt, înainte de a se stabili. la o altă etapă binecunoscută, Ice-X.

Zach Grande, Ph.D. la UNLV. Taleb, care a condus lucrări care au arătat, de asemenea, că trecerea la Ice-X, atunci când apa se întărește, are loc la presiuni mult mai mici decât se credea anterior.

Deși este puțin probabil să găsim această nouă fază de gheață oriunde pe Pământ, este probabil să fie o componentă comună în mantaua Pământului, precum și pe lunile mari și pe planetele bogate în apă din afara sistemului nostru solar.

Rezultatele echipei au fost raportate în numărul din 17 martie 2022 al revistei revizuire fizică b.

La pachet

Echipa de cercetare a lucrat pentru a înțelege comportamentul apei de înaltă presiune care poate fi prezentă în interiorul planetelor îndepărtate.

Pentru a face acest lucru, Grandi și un fizician de la UNLV Ashkan Lammat au plasat o probă de apă între vârfurile a două diamante tăiate rotund cunoscute sub numele de celule de nicovală de diamant, o caracteristică standard în domeniul fizicii de înaltă presiune. Aplicarea unei mici forțe asupra diamantului a permis cercetătorilor să recreeze presiuni la fel de mari ca cele din centrul Pământului.

Prin comprimarea unei probe de apă între aceste diamante, oamenii de știință au condus atomii de oxigen și hidrogen într-o varietate de aranjamente diferite, inclusiv aranjamentul recent descoperit, Ice-VIIt.

Nu numai că prima tehnică de încălzire cu laser de acest fel a permis oamenilor de știință să observe o nouă fază de gheață de apă, dar echipa a mai descoperit că tranziția la Ice-X a avut loc la presiuni de aproape trei ori mai mici decât se credea anterior – la 300.000 atmosfere în loc de 1 milion. Această tranziție a fost subiectul multor dezbateri în societate timp de câteva decenii.

„Lucrările lui Zach au arătat că această tranziție la starea ionică are loc la presiuni mult mai mici decât se credea anterior”, a spus Salamat. „Este piesa lipsă și cele mai precise măsurători ale apei în aceste condiții”.

Salamat a adăugat că lucrarea recalibrează și înțelegerea noastră cu privire la formarea exoplanetelor. Cercetătorii emit ipoteza că faza Ice-VIIt a gheții ar putea fi prezentă din abundență în scoarța și mantaua superioară a planetelor proiectate bogate în apă din afara sistemului nostru solar, ceea ce înseamnă că ar putea avea condiții locuibile.

Referință: „Tranziții de simetrie determinate de presiune în H dens₂O ice” de Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang și Jesse S. 17 martie 2022 Disponibil aici revizuire fizică b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

Colaboratorii de la Lawrence Livermore National Laboratory au folosit un supercomputer mare pentru a simula rearanjamentele legăturilor – prezicând că tranzițiile de fază ar trebui să aibă loc exact acolo unde au fost măsurate prin experimente.

Alți colaboratori includ fizicienii UNLV Jason Stephen și John Boasfert, mineralogistul UNLV Oliver Chuner și oameni de știință de la Laboratorul Național Argonne și de la Universitatea din Arizona.