Wissenschaftler haben eine neue Form von Eis entdeckt – es könnte auf fernen, wasserreichen Planeten verbreitet sein

UNLV-Physiker haben im Rahmen ihrer Entdeckung einer neuen Form von Eis Pionierarbeit für eine neue Laserheiztechnik in einer Diamantstempelzelle (hier abgebildet) geleistet. Bildnachweis: Chris Higgins

Die Ergebnisse könnten Auswirkungen auf unser Verständnis entfernter, wasserreicher Planeten haben.

NLV-Forscher haben eine neue Form von Eis entdeckt, die die Eigenschaften von Wasser bei hohem Druck neu definiert.

Festes Wasser oder Eis ist wie viele andere Substanzen insofern, als es verschiedene Feststoffe basierend auf sich ändernden Temperaturen und Druckbedingungen bilden kann, wie z. B. die Bildung von Diamantkohle oder Graphit. Wasser ist jedoch in dieser Hinsicht außergewöhnlich, da uns mindestens 20 feste Eisformen bekannt sind.

Ein Team von Wissenschaftlern, die am Extreme Conditions Laboratory des UNLV in Nevada arbeiten, hat eine neue Methode entwickelt, um die Eigenschaften von Wasser unter hohem Druck zu messen. Die Wasserprobe wurde zuerst zwischen gegenüberliegenden Enden von Diamanten gepresst – zu mehreren gemischten Eiskristallen gefroren. Das Eis wurde dann einer Lasererhitzungstechnik unterzogen, die es vorübergehend zum Schmelzen brachte, bevor es sich schnell wieder zu einer pulverartigen Anordnung winziger Kristalle formte.

Durch allmähliche Erhöhung des Drucks und regelmäßige Bestrahlung mit einem Laserstrahl beobachtete das Team, dass Wassereis von der bekannten kubischen Phase Eis-VII in die neu entdeckte intermediäre und quartäre Phase Eis-VII übergeht, bevor es sich absetzt. zu einer anderen bekannten Bühne, Ice-X.

Zach Grande, Ph.D., UNLV. Taleb, der Arbeiten leitete, die auch zeigten, dass der Übergang zu Ice-X, wenn Wasser aushärtet, bei viel niedrigeren Drücken erfolgt als bisher angenommen.

Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass wir diese neue Eisphase irgendwo auf der Erde finden werden, ist sie wahrscheinlich eine häufige Komponente innerhalb des Erdmantels sowie auf großen Monden und wasserreichen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.

Die Ergebnisse des Teams wurden in der Ausgabe des Magazins vom 17. März 2022 veröffentlicht körperliche Untersuchung b.

Wegbringen

Das Forschungsteam arbeitete daran, das Verhalten von Hochdruckwasser zu verstehen, das im Inneren entfernter Planeten vorhanden sein könnte.

Zu diesem Zweck platzierten Grandi und ein UNLV-Physiker, Ashkan Salama, eine Wasserprobe zwischen den Enden zweier kreisförmig geschliffener Diamanten, die als Diamantambosszellen bekannt sind, ein Standardmerkmal auf dem Gebiet der Hochdruckphysik. Die Anwendung einer kleinen Kraft auf den Diamanten ermöglichte es den Forschern, Drücke nachzubilden, die so hoch waren wie im Zentrum der Erde.

Durch das Komprimieren einer Wasserprobe zwischen diesen Diamanten brachten die Wissenschaftler die Sauerstoff- und Wasserstoffatome in eine Vielzahl unterschiedlicher Anordnungen, einschließlich der neu entdeckten Anordnung Ice-VIIt.

Die einzigartige Laserheiztechnik ermöglichte es Wissenschaftlern nicht nur, eine neue Phase von Wassereis zu beobachten, sondern das Team fand auch heraus, dass der Übergang zu Ice-X bei Drücken erfolgte, die fast dreimal niedriger waren als bisher angenommen – bei 300.000 Atmosphären statt 1 Million. Dieser Übergang ist seit mehreren Jahrzehnten ein heiß diskutiertes Thema in der Community.

„Zachs Arbeit hat gezeigt, dass dieser Übergang in den ionischen Zustand bei viel niedrigeren Drücken erfolgt als bisher angenommen“, sagte Salamat. „Es ist das fehlende Stück und die genauesten Messungen auf dem Wasser unter diesen Bedingungen.“

Salamat fügte hinzu, dass die Arbeit auch unser Verständnis der Entstehung von Exoplaneten neu kalibriert. Die Forscher stellen die Hypothese auf, dass die Eis-VIIt-Phase des Eises in der Kruste und im oberen Mantel von projizierten wasserreichen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems im Überfluss vorhanden sein könnte, was bedeutet, dass sie bewohnbare Bedingungen haben könnten.

Referenz: „Druckgesteuerte Symmetrieübergänge in dichtem H₂O ice“ von Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang und Jesse S. 17. März 2022 Hier erhältlich körperliche Untersuchung b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

Mitarbeiter des Lawrence Livermore National Laboratory verwendeten einen großen Supercomputer, um Bindungsumlagerungen zu simulieren – und sagten voraus, dass Phasenübergänge genau dort stattfinden sollten, wo sie durch Experimente gemessen wurden.

Weitere Mitarbeiter sind die UNLV-Physiker Jason Stephen und John Boasfert, der UNLV-Mineraloge Oliver Chuner und Wissenschaftler des Argonne National Laboratory und der University of Arizona.