Para ilmuwan telah menemukan bentuk es baru – ini mungkin umum di planet yang jauh dan kaya air

Fisikawan UNLV telah memelopori teknik pemanasan laser baru dalam sel landasan berlian (digambarkan di sini) sebagai bagian dari penemuan bentuk es baru. Kredit: Chris Higgins

Temuan ini dapat berimplikasi pada pemahaman kita tentang planet yang jauh dan kaya air.

Peneliti NLV telah menemukan bentuk baru es, mendefinisikan ulang sifat-sifat air pada tekanan tinggi.

Air padat, atau es, seperti banyak zat lain yang dapat membentuk padatan yang berbeda berdasarkan perubahan suhu dan kondisi tekanan, seperti membentuk karbon berlian atau grafit. Namun, air luar biasa dalam aspek ini karena setidaknya ada 20 bentuk es padat yang kita kenal.

Sebuah tim ilmuwan yang bekerja di Laboratorium Kondisi Ekstrim UNLV di Nevada telah menemukan metode baru untuk mengukur sifat-sifat air di bawah tekanan tinggi. Sampel air pertama kali diperas di antara ujung berlian yang berlawanan — dibekukan menjadi beberapa kristal es campuran. Es kemudian menjadi sasaran teknik pemanasan laser yang menyebabkannya mencair sementara sebelum dengan cepat terbentuk kembali menjadi sekelompok kristal kecil seperti bubuk.

Dengan meningkatkan tekanan secara bertahap, dan secara berkala meledakkannya dengan sinar laser, tim mengamati bahwa air es bertransisi dari fase kubik yang terkenal, Ice-VII, ke fase menengah dan kuaterner yang baru ditemukan, Ice-VIIt, sebelum mengendap. ke panggung terkenal lainnya, Ice-X.

Zach Grande, Ph.D di UNLV. Taleb, yang memimpin pekerjaan yang juga menunjukkan bahwa transisi ke Ice-X, ketika air mengeras, terjadi pada tekanan yang jauh lebih rendah daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Meskipun tidak mungkin kita akan menemukan fase es baru ini di mana pun di Bumi, itu mungkin menjadi komponen umum di dalam mantel Bumi serta di bulan-bulan besar dan planet-planet kaya air di luar tata surya kita.

Hasil tim dilaporkan dalam majalah edisi 17 Maret 2022 tinjauan fisik b.

Bawa pulang

Tim peneliti telah bekerja untuk memahami perilaku air bertekanan tinggi yang mungkin ada di bagian dalam planet yang jauh.

Untuk melakukan ini, Grandi dan fisikawan di UNLV Ashkan Lammat menempatkan sampel air di antara ujung dua berlian bundar yang dikenal sebagai sel landasan berlian, fitur standar di bidang fisika tekanan tinggi. Menerapkan sedikit kekuatan pada berlian memungkinkan para peneliti untuk menciptakan kembali tekanan setinggi yang ada di pusat Bumi.

Dengan mengompresi sampel air di antara berlian-berlian ini, para ilmuwan menggerakkan atom oksigen dan hidrogen ke dalam berbagai susunan yang berbeda, termasuk susunan yang baru ditemukan, Ice-VIIt.

Teknik pemanasan laser pertama tidak hanya memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati fase baru es air, tetapi tim juga menemukan bahwa transisi ke Ice-X terjadi pada tekanan hampir tiga kali lebih rendah dari yang diperkirakan sebelumnya – pada 300.000 atmosfer bukannya 1 juta. Transisi ini telah menjadi topik perdebatan hangat di masyarakat selama beberapa dekade.

“Pekerjaan Zach telah menunjukkan bahwa transisi ke keadaan ionik ini terjadi pada tekanan yang jauh lebih rendah daripada yang diperkirakan sebelumnya,” kata Salamat. “Ini adalah bagian yang hilang, dan pengukuran paling akurat di air dalam kondisi seperti ini.”

Salamat menambahkan bahwa pekerjaan ini juga mengkalibrasi ulang pemahaman kita tentang pembentukan planet ekstrasurya. Para peneliti berhipotesis bahwa fase es Ice-VIIt dapat hadir dalam jumlah besar di kerak dan mantel atas planet kaya air yang diproyeksikan di luar tata surya kita, yang berarti mereka dapat memiliki kondisi layak huni.

Referensi: “Transisi simetri yang digerakkan oleh tekanan dalam H . padat₂O ice” oleh Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang dan Jesse S. 17 Maret 2022 Tersedia di sini tinjauan fisik b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109

Kolaborator di Lawrence Livermore National Laboratory menggunakan superkomputer besar untuk mensimulasikan penataan ulang ikatan — memprediksi bahwa transisi fase harus terjadi tepat di tempat yang diukur dengan eksperimen.

Kolaborator tambahan termasuk fisikawan UNLV Jason Stephen dan John Boasfert, ahli mineral UNLV Oliver Chuner, dan ilmuwan dari Argonne National Laboratory dan University of Arizona.