Maggio 25, 2022

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Gli scienziati hanno scoperto una nuova forma di ghiaccio: potrebbe essere comune su pianeti lontani e ricchi di acqua

Laser Heating in Diamond Anvil Cell

I fisici dell’UNLV hanno sperimentato una nuova tecnica di riscaldamento laser in una cella a incudine di diamante (nella foto qui) come parte della loro scoperta di una nuova forma di ghiaccio. Credito: Chris Higgins

I risultati potrebbero avere implicazioni per la nostra comprensione di pianeti lontani e ricchi di acqua.

I ricercatori della NLV hanno scoperto una nuova forma di ghiaccio, ridefinendo le proprietà dell’acqua ad alta pressione.

L’acqua solida, o ghiaccio, è come molte altre sostanze in quanto può formare solidi diversi in base alle variazioni di temperatura e condizioni di pressione, come la formazione di carbonio diamantato o grafite. Tuttavia, l’acqua è eccezionale sotto questo aspetto poiché ci sono almeno 20 forme solide di ghiaccio a noi note.

Un team di scienziati che lavora presso il Laboratorio per le condizioni estreme dell’UNLV in Nevada ha ideato un nuovo metodo per misurare le proprietà dell’acqua ad alta pressione. Il campione d’acqua è stato prima spremuto tra le estremità opposte dei diamanti, congelato in diversi cristalli di ghiaccio misti. Il ghiaccio è stato quindi sottoposto a una tecnica di riscaldamento laser che lo ha fatto sciogliere temporaneamente prima di riformarsi rapidamente in una serie di minuscoli cristalli simili a polvere.

Aumentando gradualmente la pressione e facendola esplodere periodicamente con un raggio laser, il team ha osservato che il ghiaccio d’acqua passa dalla nota fase cubica, Ice-VII, alla fase intermedia e quaternaria appena scoperta, Ice-VIIt, prima di depositarsi. ad un altro noto stadio, Ice-X.

Zach Grande, Ph.D. presso UNLV. Taleb, che ha guidato il lavoro che ha anche mostrato che il passaggio a Ice-X, quando l’acqua si indurisce, avviene a pressioni molto più basse di quanto si pensasse in precedenza.

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Sebbene sia improbabile che troveremo questa nuova fase di ghiaccio ovunque sulla Terra, è probabile che sia una componente comune all’interno del mantello terrestre, nonché su grandi lune e pianeti ricchi di acqua al di fuori del nostro sistema solare.

I risultati del team sono stati riportati nel numero del 17 marzo 2022 della rivista revisione fisica b.

Porta via

Il team di ricerca stava lavorando per comprendere il comportamento dell’acqua ad alta pressione che potrebbe essere presente all’interno di pianeti lontani.

Per fare ciò, Grandi e un fisico dell’UNLV Ashkan Salama hanno posizionato un campione d’acqua tra le estremità di due diamanti tagliati circolarmente noti come celle di incudine di diamante, una caratteristica standard nel campo della fisica delle alte pressioni. L’applicazione di un po’ di forza al diamante ha permesso ai ricercatori di ricreare pressioni alte quanto quelle al centro della Terra.

Comprimendo un campione d’acqua tra questi diamanti, gli scienziati hanno guidato gli atomi di ossigeno e idrogeno in una varietà di disposizioni diverse, inclusa la disposizione di recente scoperta, Ice-VIit.

Non solo la prima tecnica di riscaldamento laser nel suo genere ha consentito agli scienziati di osservare una nuova fase del ghiaccio d’acqua, ma il team ha anche scoperto che il passaggio a Ice-X è avvenuto a pressioni quasi tre volte inferiori a quanto si pensasse in precedenza, a 300.000 atmosfere invece di 1 milione. Questa transizione è stata un argomento molto dibattuto nella comunità per diversi decenni.

“Il lavoro di Zach ha dimostrato che questa transizione allo stato ionico avviene a pressioni molto più basse di quanto si pensasse in precedenza”, ha detto Salamat. “È il pezzo mancante e le misurazioni più accurate sull’acqua in queste condizioni”.

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Salamat ha aggiunto che il lavoro sta anche ricalibrando la nostra comprensione della formazione degli esopianeti. I ricercatori ipotizzano che la fase del ghiaccio Ice-VIIt potrebbe esistere in abbondanza nella crosta e nel mantello superiore dei pianeti ricchi d’acqua proiettati al di fuori del nostro sistema solare, il che significa che potrebbero avere condizioni abitabili.

Riferimento: “Transizioni di simmetria guidate dalla pressione in denso H2O ice” di Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang e Jesse S. 17 marzo 2022 Disponibile qui revisione fisica b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

I collaboratori del Lawrence Livermore National Laboratory hanno utilizzato un grande supercomputer per simulare i riarrangiamenti dei legami, prevedendo che le transizioni di fase dovrebbero verificarsi esattamente dove sono state misurate dagli esperimenti.

Altri collaboratori includono i fisici dell’UNLV Jason Stephen e John Boasfert, il mineralogista dell’UNLV Oliver Chuner e gli scienziati dell’Argonne National Laboratory e dell’Università dell’Arizona.