Используя инновационный метод изучения веществ под воздействием высокого давления, исследователи выявили ранее неизвестную переходную структуру кристаллического льда, получившую наименование Лед-VIIt. Предполагается, что вода в таком состоянии может находиться в коре и мантии Земли, а также на других планетах, содержащих воду.
Лед, подобно другим твердым веществам, может существовать в различных формах, определяемых температурой и давлением, при которых он образовался. Так, углерод может проявляться как алмаз или графит. Однако лед отличается большим разнообразием своих фаз. На данный момент известно не менее 20 его форм: 3 аморфные и 17 кристаллических. В настоящее время ученые из Университета Невады в Лас-Вегасе (США) идентифицировали совершенно новую модификацию льда и представили ее в научной статье, опубликованной в журнале Physical Review B.
В ходе исследования авторы использовали ячейку с алмазными наковальнями. Данная конструкция включает в себя два алмаза конической формы, расположенные друг напротив друга, между которыми размещается образец для изучения. Исключительная твердость алмазов позволяет создавать давление в несколько миллионов атмосфер на площадке с образцом, диаметр которой составляет менее миллиметра. Прозрачность алмазов, в свою очередь, обеспечивает возможность изучения образца с использованием различных методов.
Ученые не только сжимали лед, но и подвергали его нагреву с помощью лазерного излучения. Изначально образец воды помещали между двумя алмазами и увеличивали давление до момента замерзания в несколько разновидностей смешанного льда. После этого лед нагревали лазером, чтобы он успел расплавиться, прежде чем снова кристаллизовался. Так исследователи постепенно повышали давление в ячейке, периодически воздействуя на образец лазерным лучом.
Наблюдения ученых показали, что лед претерпевает переход из известной фазы с кубической кристаллической решеткой Лед-VII в ранее не идентифицированную промежуточную фазу с тетрагональной решеткой, названную Лед-VIIt. Затем образец переходил в другую известную кубическую фазу – Лед-X, которая формируется при более высоких давлениях, чем Лед-VII. При этом образование Льда-X было зарегистрировано при давлении в 300 тысяч атмосфер, что существенно ниже миллиона атмосфер – порога, который ранее считался необходимым для формирования Льда-X.
Авторы исследования полагают, что вероятность нахождения Лед-VIIt на поверхности Земли незначительна, однако не исключают его присутствие в земной коре и верхней мантии. Также, эта форма льда может образовываться на других водных планетах и их крупных спутниках, расположенных за пределами Солнечной системы.