Най-накрая бе доказано съществуването на странен вид лед, за който се смяташе, че се намира дълбоко в океаните на чужди планети.
За първи път изследователите са наблюдавали директно хибридна фаза на водата, наречена пластичен лед, която се образува при високи температури и налягания и притежава черти както на твърд лед, така и на течна вода. Наблюденията са публикувани в Nature и могат да помогнат на изследователите да разберат по-добре вътрешната структура и процесите на други светове в нашата Слънчева система и извън нея, някои от които може да са обитаеми.
Какво представлява пластичният лед
Още: С каква скорост се върти Земята около Слънцето?
Пластичният лед е "нещо междинно между течност и кристал, можете да си представите, че е по-мек, когато го стиснете", казва физикът Ливия Бове от CNRS в Париж. Нарича се пластичен лед, защото се формова или деформира по-лесно от типичния кристален лед, проявявайки свойство, което учените наричат пластичност, казва тя. "Подобно на нещо, което може да се промуши през дупка и да излезе навън, въпреки че все още е твърдо."
За леда на Земята
По-голямата част от леда на повърхността на Земята - включително кубчета лед, ледници и сняг - се състои от водни молекули, подредени в шестоъгълна решетка, която наподобява пчелна пита. Учените класифицират този често срещан лед като лед lh. Но в допълнение към лед Ih съществуват поне 20 други известни ледени фази, които се образуват при различни условия на налягане и температура. При налягане над 20 000 бара - или 20 000 килограма на квадратен сантиметър - ледените решетки се компресират в лед VII - полиморф с плътна, кубична структура, в която молекулите са подредени като кубчетата в кубчето на Рубик. Лед VII е открит в капана на диаманти, произхождащи от земната мантия, и се предполага, че се среща и в други планети. А на почитателите на Кърт Вонегът може да им е интересно да чуят, че през 1996 г. е открит лед IX, който обаче няма ужасяващата способност да замразява цели океани.
Има и ледени фази, за чието съществуване има само предположения. Преди повече от 15 години компютърни симулации показаха, че когато лед VII се нагрее и подложи на екстремно налягане, отделните му водни молекули би трябвало да започнат да се въртят свободно, като в течност, докато заемат фиксирани позиции, като в твърдо тяло. Тъй като хипотетичната фаза има същата кубична кристална структура като лед VII, тя става известна като пластичен лед VII. Но тъй като по онова време провеждането на експерименти при толкова високи налягания е технически невъзможно, солидните доказателства за съществуването на пластмасовия лед убягват на учените в продължение на години.
Още: Близо ли е краят? Учени обявиха кога ще приключи животът на Земята
За новото изследване Бове и колегите му използват сравнително нов инструмент в Института Лауе-Ланжевен в Гренобъл, Франция, който е в състояние да измерва движенията на молекулите при екстремни налягания. При експериментите те насочват неутронен лъч към водни проби и ги подлагат на температури до 326°С и налягане до 60 000 бара. При взаимодействието на постъпващите неутрони с водните молекули в пробите те придобиват или губят енергия в зависимост от това, доколко водните молекули се движат и въртят, преди да бъдат разпръснати към детектора. Измерването на енергиите на разсеяните неутрони позволява на екипа на Бове да характеризира движенията на молекулите и да определи фазата, която се е образувала.
При температура над 177°С и налягане над 30 000 бара - около 28 пъти по-високо от налягането в най-дълбоката точка на земните океани - екипът на Бове наблюдава фаза на леда, която притежава кубична кристална решетка, а водните молекули се въртят с приблизително същата скорост като тези в течната вода. Те идентифицират фазата като пластичен лед VII, като окончателно потвърждават нейното съществуване.
Един от наблюдаваните детайли обаче се разминава с прогнозите. Вместо да се въртят свободно, водните молекули изглежда са се въртели с отривисти движения. Докато молекулите се въртят, те прекъсват водородните си връзки с един съсед само за да се завъртят бързо и да се свържат с друг, обяснява Бове.
Пластичният лед VII може да е съществувал по време на ранните етапи на формиране на Европа, Титан и други ледени луни в нашата Слънчева система, преди всичката вода да е излязла от вътрешността им под високо налягане, казва планетарният учен Баптист Журно от Вашингтонския университет в Сиатъл. Новите наблюдения могат да помогнат на изследователите да сглобят историята за това как тези луни са се превърнали в океанските светове, които са днес, казва той.
Още: Защо 0 градуса не е температурата на замръзване на водата?
А извън нашата Слънчева система странният лед може да се намира на дъното на гигантски океани на екзопланети, някои от които са дълбоки хиляди километри и потенциално обитаеми, казва Журно. Изследването на това колко лесно пластичният лед VII включва соли в решетката си може да помогне да се определи дали присъствието на странната фаза засилва обмена на соли между морското дъно на екзопланетите и океаните над тях, казва той.
