Учени откриха екзотична форма на лед, съществуваща под екстремно налягане
Източник: iStock

В одата е едно от най-разпространените и жизненоважни вещества в нашия свят. Без нейната роля на универсален разтворител животът е просто невъзможен. Тя вали от небето, пием я, къпем се в нея и се забавляваме във водна среда.

Но ако я разглеждаме просто като течност, водата е изключително странна. Поведението ѝ е в пълен разрез с това на останалите течности:

  • При замръзване плътността ѝ намалява (вместо да се увеличава).
  • Има неестествено високо повърхностно напрежение.
  • Точката ѝ на кипене е необичайно висока.
  • На база молекулната ѝ маса тя би трябвало да бъде газ при стайна температура.

И всичко това се отнася за нормалните, стандартни условия на Земята.

Променете налягането и температурата само с няколко степени и смущаващото поведение на водата излиза напълно извън контрол.

Учени демонстрираха една от най-екзотичните форми на лед, създавани някога – при абсурдно високо налягане от над 2.3 милиона атмосфери и колосална температура, достигаща до 2630 келвина (около 2357°C).

При такива екстремни градуси бихме очаквали водата категорично да се превърне в газ или дори да се разпадне на съставните си водородни и кислородни атоми. Но при чудовищното налягане, каквото съществува в дълбините на планетите, се случва нещо съвсем различно.

Когато водата преминава от течно в газообразно състояние, тя се разширява. Под унищожителния натиск на милиони атмосфери това разширение бива блокирано. Вместо това водата остава изключително плътна, приемайки екзотични състояния, които нямат нищо общо с леда на земната повърхност.

Една от тези форми е суперионният лед – изключително странно състояние на материята, което не е нито напълно твърдо, нито напълно течно. В него кислородните атоми остават фиксирани в твърда кристална решетка (както е при твърдите тела), но водородните ядра се движат свободно през тази решетка, подобно на частици в течност.

При малки промени в условията подредбата на кислородните атоми се пренарежда в различни конфигурации, наречени фази. Познати са над 20 фази на водния лед, като няколко от тях стават суперионни при екстремни условия.

Това откритие не е просто научна любопитност. Смята се, че суперионният лед съществува дълбоко във вътрешността на Уран и Нептун, където неговите необичайни свойства играят ключова роля за генерирането на нестандартните им магнитни полета.

В новите си експерименти екип, воден от физика Алекси Форестие от Френската комисия по алтернативни енергии и атомна енергия, подлага микроскопични проби от вода на същите екстремни условия, за които се предполага, че властват в недрата на ледените гиганти.

Изследователите притискат пробите между върховете на два диаманта до налягания от 230 гигапаскала (2.3 милиона пъти по-високо от атмосферното налягане на морското равнище), докато с помощта на лазери ги нагряват до хиляди градуси. За сравнение, налягането в самия център на Земята е около 360 гигапаскала.

След това, използвайки изключително тесен сноп от синхротронни рентгенови лъчи, те изследват промените в кристалната структура на леда.

Резултатът е конфигурация, предсказана теоретично, но никога досега незасичана потвърдено в експеримент: хексагонална плътно опакована (hcp) решетка. Когато кристалът с hcp структура бива нагрят, неговото разширение показва ясни белези на суперионно поведение при около 1700 келвина.

Името се отнася до начина, по който са подредени кислородните атоми. Представете си, че подреждате еднакви топчета на слоеве - съществуват няколко различни начина, по които тези слоеве могат да бъдат поставени един върху друг, за да се постигне максимално плътно опаковане.

Една от известните досега форми на суперионен лед има кубична стенноцентрирана (fcc) структура. При новоидентифицирания hcp лед слоевете са подредени в различна последователност. Учените откриват доказателства, че едната форма може да се преобразува в другата при изместване на слоевете.

Това преобразуване настъпва с увеличаване на екстремността на средата:

  • При 155 гигапаскала и 2000 келвина рентгеновият сигнал показва смес от fcc и hcp структура.
  • При покачване до 197 гигапаскала и 2250 келвина сигналът от hcp започва да dominates.
  • При финалните условия от 219 гигапаскала и 2630 келвина следите от fcc почти изчезват, а hcp структурата напълно преобладава.

Преразглеждайки данни от предишни експерименти, учените осъзнават, че необичаен пик в рентгеновата дифракция над 130 гигапаскала вероятно е бил именно първият знак за hcp лед, който тогава не е бил разпознат. Данните показват, че при налягане над 200 гигапаскала hcp формацията се превръща в по-стабилната подредба за суперионния лед.

Промяната изглежда минимална на атомно ниво, но последиците за астрофизиката са огромни. Ако hcp ледът провежда електричество по различен начин от fcc леда, неговото наличие в дълбините на Уран и Нептун ще промени фундаментално моделите за това как материята и електрическият заряд се движат в техните ядра – процеси, отговорни за техните асиметрични и хаотични магнитни полета.

Предстоят нови изследвания и теоретични изчисления, които да изяснят механичните и електрическите свойства на hcp леда, както и да определят точните граници на неговата стабилност.

Водата продължава да изненадва. Науката едва сега започва да разкрива пълния потенциал на тази молекула – и има нещо символично във факта, че сме изцяло зависими от най-загадъчното вещество във Вселената.

Обратно в сайта X

ДОСТЪП ЗА ЛОГНАТИ ПОТРЕБИТЕЛИ За да пишете, оценявате или докладвате коментари, моля логнете се в профила си.

  1. Запомни ме
забравена парола Полетата маркирани с * са задължителни
Полето Потребителско име не трябва да е празно.
Полето E-mail не трябва да е празно.
Полето Парола не трябва да е празно.
Полето Повторете паролата не трябва да е празно.
  1. Декларирам, че съм се запознал с Общите условия за ползване на услугите на Нетинфо.
Полетата маркирани с * са задължителни
Иван Христанов: Гласувах за ред, справедливост и бъдеще за България

Иван Христанов: Гласувах за ред, справедливост и бъдеще за България

България Преди 18 минути

Кандидатът за президент призова избирателите да упражнят правото си на глас и настоя за по-последователна външна политика

Тръмп обмисля да премести пресцентъра на Белия дом на друго място

Тръмп обмисля да премести пресцентъра на Белия дом на друго място

Свят Преди 19 минути

Президентът на САЩ Доналд Тръмп потвърди, че обмисля да премести пресцентъра на Белия дом на „по-малко дразнещо място“, като същевременно отрече твърденията, че планира да възстанови историческия басейн на мястото на залата за брифинги

Кървава разправа след мач в САЩ: 12 ранени при масова стрелба, нападателят се издирва

Кървава разправа след мач в САЩ: 12 ранени при масова стрелба, нападателят се издирва

Свят Преди 32 минути

Най-малко 12 души, сред които шест деца, бяха ранени при масова стрелба близо до футболен стадион в Талахаси, щата Флорида, след спречкване по време на университетски празник, съобщиха от местната полиция

Снимката е илюстративна

Млад мъж загина след поредица от сблъсъци във Врачанско

България Преди 40 минути

Фатална катастрофа в село Девене. Кола се заби последователно в дърво, къща и паркиран автомобил. Шофьорът е издъхнал в болницата във Враца, а спътникът му е ранен и настанен за лечение. Полицията разследва случая

Масови безредици в Барселона: 100 арестувани след погроми и пожари

Масови безредици в Барселона: 100 арестувани след погроми и пожари

Свят Преди 1 час

Около 25% от задържаните са непълнолетни. Разграбени са магазини, а над 30 пожара са избухнали в района на централния площад „Каталуня“

Предсрочни избори в Сърбия: Вучич е изправен пред най-голямото изпитание на властта си

Предсрочни избори в Сърбия: Вучич е изправен пред най-голямото изпитание на властта си

Свят Преди 1 час

Вотът се провежда на фона на продължителни антиправителствени протести и дълбоко разделение в обществото. За 250 места в парламента се състезават 2418 кандидати в 18 листи

Изборът на членове на ВСС от прокурорската квота отива на балотаж

Изборът на членове на ВСС от прокурорската квота отива на балотаж

България Преди 1 час

Нито един от кандидатите не събра необходимия брой гласове. Повторното гласуване ще се проведе на 25 октомври

От колко часа мога да гласувам?

От колко часа мога да гласувам?

На 25 октомври (неделя) предстоят избори за президент и вице президент на България. По традиция преди вот от Централната избирателна комисия (ЦИК) дава отговори на най-често задаваните от избирателите въпроси

С какви документи за самоличност гласувам в страната?

С какви документи за самоличност гласувам в страната?

На 25 октомври (неделя) предстоят избори за президент и вице президент на България. По традиция преди вот от Централната избирателна комисия (ЦИК) дава отговори на най-често задаваните от избирателите въпроси

С машина или с хартиена бюлетина се гласува?

С машина или с хартиена бюлетина се гласува?

На 25 октомври (неделя) предстоят избори за президент и вице президент на България. По традиция преди вот от Централната избирателна комисия (ЦИК) дава отговори на най-често задаваните от избирателите въпроси

На кой адрес гласувам?

На кой адрес гласувам?

На 25 октомври (неделя) предстоят избори за президент и вице президент на България. По традиция преди вот от Централната избирателна комисия (ЦИК) дава отговори на най-често задаваните от избирателите въпроси

Кой може да гласува с подвижна избирателна кутия?

Кой може да гласува с подвижна избирателна кутия?

На 25 октомври (неделя) предстоят избори за президент и вице президент на България. По традиция преди вот от Централната избирателна комисия (ЦИК) дава отговори на най-често задаваните от избирателите въпроси

Простият тест, който прогнозира риска от смърт

Простият тест, който прогнозира риска от смърт

Любопитно Преди 2 часа

Колко бързо сърдечната ви честота се връща към нормалното си състояние след тренировка, може да разкрие изненадващо много за общото ви здравословно състояние

Снимката е илюстративна

Украинците създадоха детектор, който показва какво виждат руските дронове

Свят Преди 2 часа

Системата D·Vision SDR открива радиопредаванията на безпилотни апарати и преобразува прихванатите сигнали във видеоизображение

Как да гласуваме с бюлетина и машина - пълно ръководство стъпка по стъпка

Как да гласуваме с бюлетина и машина - пълно ръководство стъпка по стъпка

България Преди 2 часа

За да бъде упражнен вотът бързо и без излишни затруднения, Централната избирателна комисия предлага ясни правила за стъпките, които всеки гласоподавател трябва да следва в изборното помещение

Слънце пред урните: Очаква ни топла неделя, но идва рязък обрат във времето

Слънце пред урните: Очаква ни топла неделя, но идва рязък обрат във времето

България Преди 2 часа

Вижте прогнозата за следващите няколко дни