Naukowcy odkrywają nową formę lodu

Naukowcy z UNLV 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 UNLV Laboratorium warunków ekstremalnych w Nevadzie Wynalazł 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 tymczasowe stopienie, po czym szybko uformowała się w przypominające proszek skupisko maleńkich kryształów.

Poprzez stopniowe zwiększanie ciśnienia i okresowe wysyłanie go wiązką laserową zespół zaobserwował, że lód wodny przeszedł z dobrze znanej fazy kubicznej, Ice-VII, do nowo odkrytej fazy pośredniej i fazy czwartorzędowej, Ice-VII, przed tym. Wchodzi w kolejny dobrze znany etap, 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 numerze magazynu z 17 marca przegląd fizyczny b.

Na wynos

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

Aby to zrobić, Grande i fizyk z UNLV Iskańska Salamat Umieszczenie próbki wody między końcówkami dwóch diamentów o szlifie okrągłym, znanych jako diamentowe ogniwa kowadła, 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 zmienia również nasze rozumienie powstawania egzoplanet. Badacze postawili hipotezę, że faza lodu-VIII może być obecna w obfitości w skorupie i górnym płaszczu planet bogatych w wodę poza naszym Układem Słonecznym, co oznacza, że ​​mogą one mieć warunki do życia.

Szczegóły posta

„Przejścia symetrii sterowane ciśnieniem w gęstym lodzie H2O”, opublikowano 17 marca w czasopiśmie Physical Review B.

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 oraz John Boisvert, mineralog UNLV Oliver Chuner oraz naukowcy z Argonne National Laboratory i University of Arizona.