Обнаружена 4-я форма воды – Пластичный лёд VII

Эксперименты по рассеянию нейтронов выявили новую фазу льда высокого давления, изменив наше понимание о поведении воды в экстремальных планетарных условиях.

Прорывное открытие изменило наше понимание водяного льда в экстремальных условиях. Учёные под руководством Ливии Бове из Сорбоннского университета подтвердили существование «пластичного льда VII».

Первоначально предсказанная в 2008 году, эта своеобразная фаза льда, в которой молекулы воды свободно вращаются внутри объёмно-центрированной кубической (ОЦК) структуры. Это новое открытие стало возможным благодаря передовым экспериментам по рассеянию нейтронов в Институте Лауэ-Ланжевена во Франции.

Что такое пластичный лёд VII

Пластичный лёд VII образуется при экстремальных давлениях, превышающих три гигапаскаля (ГПа), и температурах выше 177 градусов Цельсия.

В то время как большинство фаз водяного льда остаются неподвижными, пластичный лёд VII демонстрирует молекулярные вращения, что придаёт ему уникальные свойства.

Исследовательская группа использовала мощные нейтронные пучки и ячейки с алмазными наковальнями, чтобы преодолеть трудности наблюдения этой фазы в столь малых образцах под высоким давлением.

Анализируя нейтронные дифракционные картины и обнаруживая энергетические сдвиги от рассеянных нейтронов, исследователи выяснили, что пластичный лёд VII сохраняет кристаллическую структуру, но позволяет молекулам воды вращаться.

Интересно, что моделирование молекулярной динамики подтвердило, что эти вращения не являются полностью случайными, а происходят между несколькими предпочтительными направлениями, напоминая поведение, наблюдаемое в некоторых органических кристаллах, как неопентилгликоль.

Снимки из молекулярно-динамических симуляций нагретой воды под давлением. Во льду VII (слева) молекулы воды немного колеблются, но занимают объёмно-центрированную кубическую решетку (ОЦК). В пластичном льду VII (в середине) молекулы остаются в ОЦК решетке, но вращаются. В жидкой воде (справа) молекулы и движутся, и вращаются.

Однако эта экзотическая фаза занимает узкий диапазон температур и давлений, гораздо более ограниченный, чем известный лёд VII. Предполагается, что лёд VII существует между каменистыми ядрами и обширными океанами на ледяных лунах, как Каллисто и Ганимед у Юпитера и Титан у Сатурна.

Хотя влияние пластичного льда VII на формирование или структуру этих лун остаётся неопределённым, это открывает захватывающие возможности для понимания экстремальных планетарных условий.

Подтверждение существования пластичного льда VII представляет собой значительный скачок в изучении фаз воды под высоким давлением, имеющий значение для планетарной науки, материаловедения и нашего более широкого понимания поведения молекул в интенсивных условиях.