Физици се натъкнаха на нова кристална форма на водния лед,

Физици се натъкнаха на нова кристална форма на водния лед, която се следи по време на краткотрайните преходи сред етапите при високо налягане.

Тя се споделя Ice-VII _t  и настава, когато субстанцията премине сред две към този момент известни кубични подредби на молекулите. Въпреки че е малко евентуално да се появи естествено на земната повърхнина, тя може да ни разкрие повече за метода, по който водата се държи на големите извънземни светове.

Макар и да се среща на всички места, водата, спрямо останалите течности, в действителност е извънредно странна. Подредбата на молекулите в границите на нейната замръзнала форма – леда – може да варира доста според от изискванията в близост.

Вече познаваме минимум 19 от тези твърди етапи на леда. Някои от тях се появяват естествено, до момента в който други са видяни само 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 натурален лед на Земята. Той се споделя Ice-I, като кислородните атоми в него са подредени в шестоъгълна мрежа. Структурата обаче е геометрично фрустрирана – с водородни атоми в безразборна класификация.

Когато физиците охладят Ice-I при разнородни температури и ѝ окажат друго налягане, водородните и кислородните атоми могат от време на време да образуват разнообразни подредби. Понякога даже се подреждат много по-спретнато. Тези разнородни форми на водния лед не постоянно са постоянни, само че можем да ги проучим в лабораторни условия, с цел да научим повече за любопитните им молекулярни структури.

Две от въпросните етапи с кубични структури са Ice-VII, в която водородните атоми са размесен, и Ice-X, в която са симетрични. Те се реализират, когато подложим леда на високо налягане, което е десетки до стотици хиляди пъти по-голямо от земното атмосферно налягане на морското ниво (като налягането при Ice-VII би трябвало да е доста по-ниско от това при Ice-X).

За да изучат преходите сред ледените етапи, екип от физици, управителен от Зак Гранде от Университета в Невада, Лас Вегас, прави опити върху лед под високо налягане благодарение 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, до момента в който не се разтопи, а най-после още веднъж я замразяват. Учените разказват последната форма като общ брой от кристали, наподобяващ пудра.

Като усилват по малко налягането в наковалнята (посредством периодически лазерни импулси), откривателите основават Ice-VII и реализират преход към Ice-X. Благодарение на нова измервателна техника те съумяват да засекат сред двете етапи и една нова, преходна фаза – Ice-VII _t .

В тази нова фаза кубичната решетка на Ice-VII е разпръсната по един от векторите ѝ. По този метод структурата се уголемява до правоъгълна класификация (с пространствен отпечатък), а най-после – при Ice-X – кубичната класификация става симетрична и извънредно спретната (тя е известна като тетрагонална).

Екипът също по този начин демонстрира, че Ice-X може да се образува при доста по-ниски налягания, в сравнение с си мислехме до момента. Ice-VII се образува при почти 3 гигапаскала (30 000 атмосферно налягане). Според наблюденията на екипа преходът към Ice-VII _t настава при към 5,1 гигапаскала.

Предишни изследвания демонстрират, че преходът към Ice-X се реализира при 40-120 гигапаскала. Гранде и екипът му обаче следят, че преходът сред Ice-VIII-t и Ice-X настава при към 30,9 гигапаскала.

Според учените новото изобретение ще ни помогне доста при проучването на интериорните условия на непознати светове. Богати на вода планети отвън Слънчевата система могат да разполагат с Ice-VIIIt в обилие, което в допълнение усилва шанса за условия, подобаващи за зараждането на живот.

Екипът е разгласил откритията си във Physical Review B.

Източник: Science Alert