Zinātnieki Atklāj Jaunu Sešstūrveida Ledus Formu Pie Spiediena Virs 2 Miljoni Atmosfēru

Attēls: Illustrative image · Ms2895 · CC BY-SA 4.0 · Avots

Pētnieki eksperimentāli novērojuši sešstūrveida blīvi sakrauto (HCP) ledus fāzi, kas dominē spiedienos virs 200 GPa un temperatūrās virs 1800 K, apstrīdot līdzšinējo pieņēmumu, ka šajā diapazonā eksistē tikai kubiskā ledus XVIII.

Starptautiska fiziķu komanda pirmo reizi eksperimentāli identificējusi sešstūrveida blīvi sakrauto (HCP) ledus fāzi, kas kļūst par dominējošo formu spiedienos, kas pārsniedz 200 gigapascalus (aptuveni 2 miljonus atmosfēru) un temperatūrās virs 1800 kelviniem. Pirms šī atklājuma šādos ekstrēmos apstākļos novēroja tikai kubisko sejas centrēto (FCC) skābekļa slāņu iepakojumu, kas pazīstams kā ledus XVIII.

Lai simulētu augsta spiediena un augstas temperatūras vidi, pētnieki izmantoja dimanta dzīvokli šaura tilpuma ūdens paraugam, saspiest to, vienlaikus sildot ar lāzeriem. Ledus struktūru analizēja, izmantojot sinhrono rentgena difrakcijas metodes. Atklāja, ka HCP fāze dominē virs 200 GPa un apmēram 2000 K. Starpposma spiediena diapazonos tika konstatēta HCP un FCC kristālisko struktūru līdzāspastāvēšana.

Ūdens ir unikāls ar spēju veidot vairākas cietas fāzes, kuras atšķiras pēc atoma izvietojuma kristāla režģī. HCP un FCC fāzes ir blīvas atoma izvietošanas variācijas ar atšķirīgiem slāņu sakārtojumiem — ABAB sešstūrveida un ABCABC kubisko formu — nevis tipiskie ledus kristāli. Tas norāda uz atšķirīgiem ūdens fiziskajiem stāvokļiem tik ekstrēmos spiediena un temperatūras apstākļos.

HCP ledus atklāšana ir nozīmīga planētu zinātnē, it īpaši uzlabošanai modeļiem par ledus milžu, piemēram, Urāna un Neptūna iekšieni. Tiešu šo planētu iekšējo slāņu izpēti veikt nav iespējams, tāpēc pētnieki paļaujas uz eksperimentāliem datiem un fiziskiem modeļiem. Jaunie atradumi liecina, ka skābekļa atoma slāņi var slāņoties sešstūrveida secībā dziļi iekšā, kas var mainīt mehāniskās un elektriskās īpašības salīdzinājumā ar kubisko ledu.

Šīs strukturālās atšķirības var ietekmēt izpratni par mantijas slāņošanos un neparastajiem, nedipolārajiem magnētiskajiem laukiem, kas novēroti šajās planētās. Pētnieki norāda, ka ir nepieciešami teorētiski pētījumi par HCP ledus plastiskumu un elektrisko vadītspēju, kā arī papildu eksperimentāli pētījumi, lai precīzi definētu gan HCP, gan FCC ledus fāžu stabilitātes diapazonus tik ekstremālos planētu apstākļos.