Имитируя в лабораторных условиях колоссальное давление и температуру, характерные для глубин океанов на удаленных планетах, исследователи выяснили, что эти океаны, возможно, не имеют четкого дна.
По имеющимся данным, в нашей Галактике довольно часто встречаются планеты-океаны, на этих планетах существует океан, скрывающий под собой твердую силикатную кору и покрывающий ее слоем воды, достигающим сотен и даже тысяч километров. Несмотря на наличие привычных нам веществ, геохимические процессы на этих мирах существенно отличаются от земных. Например, на дне такого океана давление настолько велико, что поведение и воды, и кремния в этих условиях остается неизученным.
В связи с этим, минералоги из Университета штата Аризона не так давно воспроизвели подобные условия в лабораторных условиях, изучая взаимодействие воды и кремния под воздействием экстремального давления – до 24 ГПа. Для сравнения, на глубине 100 километров давление составляет приблизительно 1 ГПа). Статья профессора Сан-Хон Сима (Sang-Heon Shim) и его коллег опубликована в журнале PNAS.
Для достижения требуемого давления были проведены эксперименты с алмазными наковальнями — с использованием пары конических алмазов повышенной прочности, обеспечивающих передачу сжатия на острия. Данное решение позволяет создавать чрезвычайно высокое давление, достигающее 1000 ГПа и получать, например, металлический водород — состояние вещества, формирующееся в глубинных слоях массивных планет. В этот раз между краями пресса исследователи поместили небольшой фрагмент, состоящий из кремния и воды, подвергая его одновременному сжатию и нагреву лазерным излучением до высоких температур, имитирующих условия, царящие на дне планеты, покрытой океаном. Используя поток рентгеновских лучей, они отслеживали изменения в его структуре.
Исследования продемонстрировали, что в подобных экстремальных условиях вещество переходит в необычное состояние: силикаты и вода демонстрируют способность к взаимному растворению, формируя смесь, состоящую из соединений оксидов водорода и кремния. На основании полученных данных можно предположить, что планеты-океаны могут не иметь четко выраженной твердой основы, и на их значительной глубине вода проникает в силикатную литосферу через слой, обладающий полужидкими свойствами.
«Первоначально предполагалось, что вода и твердые слои на водных планетах находятся в строгом разграничении друг от друга, — говорит один из авторов работы Кэрол Ниср (Carole Nisr). — Но наши эксперименты указали на прежде неизвестное взаимодействие воды и силиката с формированием промежуточной по составу стабильной фазы. Разделение между водой и камнем оказывается удивительно «размытым» при большом давлении и высокой температуре».