С помощью нового метода исследования веществ при высоких давлениях ученые открыли совершенно неизвестную ранее переходную форму кристаллического льда, получившую название Лед-VIIt.
Вероятно, вода в этом агрегатном состоянии может существовать внутри коры и мантии Земли, а также на других богатых водой планетах.
Лед, как и другие твердые вещества, способен принимать разные формы, которые зависят от температуры и давления образования. Например, углерод может существовать в виде алмаза или графита. Лед же уникален благодаря большому количеству своих фаз. На сегодня известно не менее 20 его форм: три аморфных и 17 кристаллических. Теперь ученые из Университета Невады в Лас-Вегасе (США) обнаружили совершенно новую форму льда и описали ее в статье, опубликованной в журнале Physical Review B.
Авторы работы провели эксперимент в ячейке с алмазными наковальнями. Эта конструкция состоит из двух алмазов конической формы, направленных друг на друга, между которыми помещают образец исследуемого вещества. Благодаря исключительной твердости алмазов на площадке с образцом, диаметр которой составляет меньше миллиметра, возможно создать давление в несколько миллионов атмосфер. При этом прозрачность алмазов позволяет изучать образец разнообразными методами.
Однако ученые не просто сжимали лед, но и нагревали его с помощью лазерного излучения. Сначала образец воды помещали между двумя алмазам и повышали давление до тех пор, пока она не замерзала в несколько смешанных кристаллов льда. Затем этот лед нагревали с помощью лазера, чтобы он успел расплавиться, прежде чем снова превратиться в кристалл. Таким образом исследователи постепенно повышали давление в ячейке, периодически выстреливая в образец лазерным лучом.
Ученые наблюдали, как лед совершает переход от изученной фазы с кубической кристаллической решеткой Лед-VII к ранее неизвестной промежуточной фазе с тетрагональной решеткой, получившей название Лед-VIIt. После этого образец переходил в другую известную и тоже кубическую фазу Лед-X, которая образуется при более высоких давлениях, чем Лед-VII. Однако образование Льда-X наблюдали уже при давлении в 300 тысяч атмосфер, что намного ниже миллиона атмосфер — именно такое давление раньше считалось порогом образования Льда-X.
По мнению авторов работы, вероятность обнаружить Лед-VIIt на поверхности Земли крайне мала, однако вполне возможно, что эта форма присутствует внутри коры и верхней мантии нашей планеты. Кроме того, Лед-VIIt может существовать на других богатых водой планетах и их крупных спутниках за пределами Солнечной системы.
Автор: Александра Медведева