Oamenii de știință au descoperit o formă de gheață complet neașteptată. Apare la presiuni de milioane de ori mai mari decât pe Pământ

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne în Discover

Cercetătorii au demonstrat experimental existența unei forme exotice de gheață, care apare la presiuni de până la 2,3 milioane de atmosfere și la temperaturi de mii de grade Celsius.

Descoperirea ar putea ajuta la explicarea unora dintre caracteristicile neobișnuite ale planetelor Uranus și Neptun, în interiorul cărora se presupune că există forme de gheață superionică.

Oamenii de știință au găsit o formă neobișnuită de gheață

Apa are proprietăți neobișnuite chiar și în condiții normale. Spre exemplu, gheața este mai puțin densă decât apa lichidă, motiv pentru care plutește, iar apa are un punct de fierbere neobișnuit de ridicat raportat la masa moleculelor sale.

Bomba atomică de la Hiroshima a creat ceva ce oamenii de știință nu mai văzuseră niciodată

Realizare istorică. Oamenii de știință au construit forme de viață complet sintetice care cresc, mănâncă și se reproduc

În condiții extreme, comportamentul apei devine și mai surprinzător.

Cercetătorii conduși de fizicianul Alexis Forestier, din cadrul Comisariatului pentru Energie Atomică și Energii Alternative din Franța, au supus cantități extrem de mici de apă unor presiuni și temperaturi similare celor care ar putea exista în interiorul planetelor gigantice de gheață, scrie Science Alert.

Experimentele au fost realizate la presiuni de până la 230 de gigapascali, echivalentul a aproximativ 2,3 milioane de ori presiunea atmosferică de la nivelul mării.

Noua formă de gheață a fost observată la temperaturi de mii de grade

Pentru a reproduce condițiile extreme, cercetătorii au comprimat probele de apă între vârfurile unor diamante și le-au încălzit cu ajutorul laserelor.

Temperaturile au ajuns până la 2.630 de kelvini, adică aproximativ 2.357 de grade Celsius.

În mod normal, la asemenea temperaturi, apa ar trebui să se transforme în gaz. Sub presiuni uriașe însă, expansiunea apei este împiedicată, iar moleculele pot rămâne într-o stare extrem de densă.

Pentru a observa structura materialului, cercetătorii au folosit un fascicul foarte îngust de raze X provenit de la un accelerator de particule de tip sincrotron.

Rezultatele au indicat existența unei structuri de gheață denumite hexagonal close-packed (hcp), care fusese prevăzută teoretic, dar nu fusese identificată fără ambiguitate în experimente.

Gheața superionică este solidă și lichidă în același timp

Descoperirea este legată de un tip și mai neobișnuit de materie: gheața superionică.

În această stare, atomii de oxigen rămân organizați într-o structură cristalină rigidă, asemenea unui solid. În schimb, nucleele de hidrogen se pot deplasa prin această structură, comportându-se într-o anumită măsură asemenea particulelor dintr-un lichid.

Astfel, materialul prezintă simultan caracteristici asociate cu starea solidă și cu cea lichidă.

Există deja mai multe forme cunoscute de gheață, iar în anumite condiții unele dintre ele pot deveni superionice. Cercetătorii încearcă să determine în ce condiții apar diferitele faze și cât de stabile sunt acestea.

Gheața descoperită ar putea exista pe Uranus și Neptun

Descoperirea este importantă nu doar pentru studiul apei, ci și pentru înțelegerea planetelor din Sistemul Solar.

Uranus și Neptun sunt considerate giganți de gheață, iar în interiorul lor presiunile și temperaturile sunt atât de mari încât oamenii de știință cred că ar putea exista forme de gheață superionică.

Proprietățile acesteia ar putea avea legătură cu modul în care se deplasează materia și sarcinile electrice în interiorul celor două planete.

Acest lucru este important deoarece Uranus și Neptun au câmpuri magnetice neobișnuite, mult diferite de cele ale Pământului. Câmpurile lor magnetice sunt înclinate și nu sunt centrate în același mod față de interiorul planetelor.

Oamenii de știință au observat transformarea dintre două forme de gheață

Experimentele au arătat și că structurile hcp și fcc, o altă formă de gheață superionică identificată anterior, se pot transforma una în cealaltă pe măsură ce presiunea și temperatura cresc.

La 155 de gigapascali și 2.000 de kelvini, semnalul obținut cu ajutorul razelor X indica prezența ambelor structuri.

La 197 de gigapascali și 2.250 de kelvini, structura hcp devenea mai pronunțată, iar la 219 gigapascali și 2.630 de kelvini, aceasta domina aproape complet semnalul observat.

Cercetătorii au reanalizat inclusiv date obținute în cadrul unui experiment mai vechi și au constatat că un semnal observat anterior la presiuni de peste 130 de gigapascali ar fi putut reprezenta, de fapt, aceeași formă hcp de gheață.

Noua gheață ar putea schimba modul în care sunt înțelese planetele

Oamenii de știință nu cunosc încă toate proprietățile acestei forme de gheață. Sunt necesare noi experimente și calcule teoretice pentru a determina, printre altele, conductivitatea electrică și proprietățile mecanice ale gheții hcp.

Dacă această formă de gheață conduce electricitatea într-un mod diferit față de structura fcc, descoperirea ar putea determina modificarea modelelor referitoare la interiorul lui Uranus și Neptun.

Mai exact, proprietățile gheții ar putea contribui la explicarea modului în care materia și sarcina electrică se deplasează în interiorul celor două planete și, implicit, a modului în care sunt generate câmpurile lor magnetice neobișnuite.