Текст опубликован в личном блоге и его автор не имеет отношения к администрации сайта
Учёные из европейских исследовательских институтов недавно продемонстрировали одну из самых странных форм льда, известных на сегодняшний день. Это форма, образованная при давлении до 2,3 миллионов атмосфер и при невероятно высокой температуре до 2630 градусов Кельвина (2357 °C). Лед образуется при давлении более чем в 2000 раз превышающем давление на дне Марианской впадины. При этом температура в 2630 градусов Кельвина почти вдвое ниже, чем на поверхности Солнца.
Очевидно, что при высоких температурах вода просто переходит в газообразное состояние или даже частично распадается на составляющие её атомы кислорода и водорода. Однако при сверхвысоком давлении происходит нечто иное.
Когда вода переходит из жидкого состояния в газообразное, то есть в пар, она расширяется. Под давлением миллионов атмосфер этот тип расширения прекращается. В такой ситуации вода может оставаться чрезвычайно плотной и принимать экзотические формы, совершенно непохожие на лёд, находящийся на поверхности Земли.
Одной из таких форм является суперионный лёд. Этот термин описывает крайне необычное состояние вещества, которое не является ни полностью твёрдым, ни полностью жидким. Атомы кислорода остаются неподвижными в жесткой кристаллической решетке, как в твердом теле. Ядра водорода, однако, становятся подвижными и перемещаются по этой решетке подобно частицам в жидкости.
Тем не менее, небольшого изменения физических условий достаточно для того, чтобы атомы кислорода во льду образовали различные кристаллические фазы. Уже известно более двадцати таких разновидностей водяного льда, и некоторые из них в экстремальных условиях переходят в так называемое суперионное состояние. Исследователи постоянно открывают новые формы.
Суперионный лед, вероятно, находится глубоко внутри ледяных гигантов Урана и Нептуна. Необычная природа суперионного льда может способствовать формированию своеобразных магнитных полей обеих планет.
Группа ученых провела эксперименты, в которых небольшие образцы воды подвергались воздействию условий, аналогичных тем, которые наблюдаются внутри ледяных гигантов. Материал сжимали между алмазными лезвиями до давления 230 гигапаскалей, или 2,3 миллиона раз больше атмосферного давления Земли на уровне моря, одновременно нагревая образцы лазерами до температур в тысячи градусов.
Изменения в кристаллической структуре льда отслеживали с помощью чрезвычайно точного рентгеновского пучка синхротрона. Этот метод позволил обнаружить структуру, ранее предсказанную только теоретически, но никогда не подтвержденную экспериментально: гексагональный плотноупакованный (ГПУ) лед. Способ расширения ГПУ-кристалла при нагревании указывал на характеристики, типичные для суперионного состояния, предполагая, что это превращение произошло при температуре около 1700 Кельвинов.