Cientistas descobriram uma nova forma de gelo – pode ser comum em planetas distantes e ricos em água

Os físicos da UNLV foram pioneiros em uma nova técnica de aquecimento a laser em uma célula de bigorna de diamante (foto aqui) como parte de sua descoberta de uma nova forma de gelo. Crédito: Chris Higgins

As descobertas podem ter implicações para a nossa compreensão de planetas distantes e ricos em água.

Os pesquisadores do NLV descobriram uma nova forma de gelo, redefinindo as propriedades da água em alta pressão.

A água sólida, ou gelo, é como muitas outras substâncias, pois pode formar diferentes sólidos com base nas mudanças de temperatura e condições de pressão, como a formação de carbono de diamante ou grafite. No entanto, a água é excepcional neste aspecto, pois existem pelo menos 20 formas sólidas de gelo conhecidas por nós.

Uma equipe de cientistas que trabalha no Laboratório de Condições Extremas da UNLV, em Nevada, desenvolveu um novo método para medir as propriedades da água sob alta pressão. A amostra de água foi primeiro espremida entre extremidades opostas de diamantes – congeladas em vários cristais de gelo misturados. O gelo foi então submetido a uma técnica de aquecimento a laser que o fez derreter temporariamente antes de se transformar rapidamente em uma matriz de pequenos cristais em forma de pó.

Ao aumentar gradualmente a pressão e explodi-la periodicamente com um feixe de laser, a equipe observou que o gelo de água transita da fase cúbica bem conhecida, Ice-VII, para a fase intermediária e quaternária recém-descoberta, Ice-VIIt, antes de se estabelecer. para outro palco bem conhecido, Ice-X.

Zach Grande, Ph.D. na UNLV. Taleb, que liderou o trabalho que também mostrou que a transição para o Ice-X, quando a água endurece, ocorre em pressões muito mais baixas do que se pensava anteriormente.

Embora seja improvável que encontremos essa nova fase de gelo em qualquer lugar da Terra, é provável que seja um componente comum no manto da Terra, bem como em grandes luas e planetas ricos em água fora do nosso sistema solar.

Os resultados da equipe foram divulgados na edição de 17 de março de 2022 da revista revisão física b.

Leve embora

A equipe de pesquisa estava trabalhando para entender o comportamento da água de alta pressão que pode estar presente no interior de planetas distantes.

Para fazer isso, Grandi e um físico da UNLV, Ashkan Salama, colocaram uma amostra de água entre as extremidades de dois diamantes cortados circularmente, conhecidos como células de bigorna de diamante, uma característica padrão no campo da física de alta pressão. Aplicar um pouco de força ao diamante permitiu aos pesquisadores recriar pressões tão altas quanto as do centro da Terra.

Ao comprimir uma amostra de água entre esses diamantes, os cientistas conduziram os átomos de oxigênio e hidrogênio em uma variedade de arranjos diferentes, incluindo o arranjo recém-descoberto, Ice-VIit.

A primeira técnica de aquecimento a laser não apenas permitiu que os cientistas observassem uma nova fase do gelo de água, mas a equipe também descobriu que a transição para o Ice-X ocorreu em pressões quase três vezes menores do que se pensava anteriormente – em 300.000 atmosferas em vez de 1 milhão. Essa transição tem sido um tema muito debatido na comunidade por várias décadas.

“O trabalho de Zach mostrou que essa transição para o estado iônico ocorre em pressões muito mais baixas do que se pensava anteriormente”, disse Salamat. “É a peça que faltava e as medições mais precisas na água nessas condições.”

Salamat acrescentou que o trabalho também está recalibrando nossa compreensão da formação de exoplanetas. Os pesquisadores levantam a hipótese de que a fase Ice-VIIt do gelo pode existir em abundância na crosta e no manto superior de planetas ricos em água projetados fora do nosso sistema solar, o que significa que eles podem ter condições habitáveis.

Referência: “Transições de simetria acionadas por pressão em H denso₂O ice” por Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang e Jesse S. 17 de março de 2022 Disponível aqui revisão física b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

Colaboradores do Lawrence Livermore National Laboratory usaram um grande supercomputador para simular rearranjos de ligações – prevendo que as transições de fase deveriam ocorrer exatamente onde foram medidas por experimentos.

Colaboradores adicionais incluem os físicos da UNLV Jason Stephen e John Boasfert, o mineralogista da UNLV Oliver Chuner e cientistas do Laboratório Nacional de Argonne e da Universidade do Arizona.