Физици се натъкнаха на нова кристална форма на водния лед, която се наблюдава по време на краткотрайните преходи между фазите при високо налягане.

Тя се казва Ice-VIIt и настъпва, когато субстанцията премине между две вече известни кубични подредби на молекулите. Въпреки че е малко вероятно да се появи естествено на земната повърхност, тя може да ни разкрие повече за начина, по който водата се държи на огромните извънземни светове.

Макар и да се среща навсякъде, водата, в сравнение с останалите течности, всъщност е изключително странна. Подредбата на молекулите в рамките на нейната замръзнала форма – леда – може да варира значително в зависимост от условията наоколо.

Вече познаваме най-малко 19 от тези твърди фази на леда. Някои от тях се появяват естествено, докато други са забелязани единствено в лабораторни условия.

Ледът, който виждате в хладилника или фризера, или който пада от небето под формата на снежинки или градушка, е най-често срещания естествен лед на Земята. Той се казва Ice-I, като кислородните атоми в него са подредени в шестоъгълна мрежа. Структурата обаче е геометрично фрустрирана – с водородни атоми в безразборна подредба.

Когато физиците охладят Ice-I при разнообразни температури и ѝ окажат различно налягане, водородните и кислородните атоми могат периодично да образуват различни подредби. Понякога дори се подреждат доста по-спретнато. Тези разнообразни форми на водния лед не винаги са стабилни, но можем да ги проучим в лабораторни условия, за да научим повече за любопитните им молекулярни структури.

Две от въпросните фази с кубични структури са Ice-VII, в която водородните атоми са разбъркан, и Ice-X, в която са симетрични. Те се постигат, когато подложим леда на високо налягане, което е десетки до стотици хиляди пъти по-голямо от земното атмосферно налягане на морското равнище (като налягането при Ice-VII трябва да е значително по-ниско от това при Ice-X).

За да изучат преходите между ледените фази, екип от физици, ръководен от Зак Гранде от Университета в Невада, Лас Вегас, извършва експерименти върху лед под високо налягане с помощта на нова техника. Целта? Да се измерят свойствата на леда, когато върху него е оказано налягане.

Изследователите смачкват проба от водата в диамантена наковалня, принуждавайки я до замръзне под формата на разбъркани кристали. Впоследствие лазери я нагорещяват, докато не се разтопи, а накрая отново я замразяват. Учените описват последната форма като сбор от кристали, наподобяващ пудра.

Като увеличават по малко налягането в наковалнята (посредством периодични лазерни импулси), изследователите създават Ice-VII и осъществяват преход към Ice-X. Благодарение на нова измервателна техника те успяват да засекат между двете фази и една нова, преходна фаза – Ice-VIIt.

В тази нова фаза кубичната решетка на Ice-VII е разпръсната по един от векторите ѝ. По този начин структурата се разширява до правоъгълна подредба (с кубичен отпечатък), а накрая – при Ice-X – кубичната подредба става симетрична и изключително спретната (тя е известна като тетрагонална).

Екипът също така показва, че Ice-X може да се образува при много по-ниски налягания, отколкото си мислехме досега. Ice-VII се формира при приблизително 3 гигапаскала (30 000 атмосферно налягане). Според наблюденията на екипа преходът към Ice-VIIt настъпва при около 5,1 гигапаскала.

Предишни проучвания показват, че преходът към Ice-X се осъществява при 40-120 гигапаскала. Гранде и екипът му обаче наблюдават, че преходът между Ice-VIII-t и Ice-X настъпва при около 30,9 гигапаскала.

Според учените новото откритие ще ни помогне значително при изучаването на интериорните условия на чужди светове. Богати на вода планети извън Слънчевата система могат да разполагат с Ice-VIIIt в изобилие, което допълнително увеличава шанса за условия, подходящи за зараждането на живот.

Екипът е публикувал откритията си във Physical Review B.

Източник: Science Alert