Eräs jäämuoto löytyy Maan vaipasta, samoin kuin suurilta kuiilta ja veden peittäviltä planeetoilta.
Jään ominaisuudet ja sen muodostumisprosessi eivät oleainutlaatuinen ja muistuttaa muita materiaaleja. Tämä tarkoittaa, että se muuttuu lämpötilan ja paineen muutosten myötä. Hiili toimii saman logiikan mukaan, josta voidaan saada joko timantti tai grafiitti. Mutta poikkeuksiakin on, sillä tutkijat tietävät, että jäällä on yli kaksikymmentä kiinteää muotoa.
Fyysikot käyttivät työssään laserlämmitystä ja timanttialasinta löytääkseen uudenlaisen jäämuodon.
Jäällä on yli kaksikymmentä kiinteää muotoa
Miten tutkijat saivat selville jään uudesta muodosta?
Aluksi vesi laitettiin astioihin kahden timantin väliin. Tätä mekanismia kutsutaan timanttialasinsoluksi.
Se koostuu kahdesta kartion muotoisesta timantista,sijaitsevat toisiaan vastapäätä halkaisijaltaan 1 mm:n alueella. Tällä voit luoda useiden miljoonien ilmakehän paineen. Timantti on myös läpinäkyvä, joten tutkittavaa näytettä voidaan tutkia eri tavoin. Tiedemiehet ovat toistaneet planeettamme keskellä vallitsevan paineen.
Sen jälkeen timanttien välissä olevaa jäätä lämmitettiin laserilla. Se suli osittain ja muuttui sitten suureksi määräksi pieniä kiteitä.
Tutkijat lisäsivät painetta ja havaitsivat, että jääoli Ice VII:n tunnetussa kuutiomuodossa ja muuttui sitten uudeksi, tutkimattomaksi Ice VIIT:n välivaiheeksi. He kutsuivat sitä tetragonaaliksi. Sen jälkeen jää päätyi toiseen jo tutkittuun vaiheeseen, Ice X:ään.
Ice VII on jään kuutiofaasi, jossa vetyatomien järjestely on epäjärjestynyt.
Ice X on symmetrinen vaihe, jossa protonit ovat järjestyksessä. Se voidaan saada 70 GPa:n paineella.
Tutkijoiden mukaan he kiinnittivät huomiota siihen, että Ice X -muoto saatiin odottamattoman alhaisella paineella. Se oli 300 tuhatta ilmakehää, ei 1 miljoonaa.
”Olemme työssämme osoittaneet, että se on mahdollista saadaJää X-faasi ja älä käytä niin suurta painetta kuin on tarkoitettu. Tämä on tärkeää tietoa, jonka olemme saaneet erittäin tarkkojen mittausten ansiosta”, sanoi Ashkan Salamat, fyysikko UNLV-laboratoriosta.
Työn aikana tutkijat käyttivät myös supertietokonetta sidoksen uudelleenjohdotuksen simuloimiseen ja ennustetaan missä vaihesiirtymä tapahtuu.
Tutkijat lisäsivät painetta ja havaitsivat, että jää oli tunnetussa kuutiomuodossa Ice VII ja muuttui sitten uudeksi, tutkimattomaksi ja välivaiheeksi Ice VIIT.
Onko jäällä monta muotoa?
Kyllä, jäätä on yli 20 muotoa. Emme luettele kaikkia, mutta seitsemän ensimmäistä. Tietoa muista lajeista on julkisesti saatavilla.
- Amorfinen jää on jäätä ilman kiteistä rakennetta, jossa vesimolekyylit ovat satunnaisesti sijoittuneet. Se on kuin atomit tavallisessa lasissa.
- Ice Ih on säännöllistä kuusikulmaista kiteistä jäätä. Se sisältää lähes kaiken olemassa olevan jään biosfäärissä.
- Ice Ic on metastabiili kuutiomainen kiteinen jää. Se muodostuu -53 °C:ssa: se voi esiintyä jopa -33 °C:n lämpötiloissa. Tämäntyyppinen jää voi muodostua yläilmakehään.
- Ice II on romboedrinen kiteinen muoto, jolla on erittäin järjestäytynyt rakenne. Tämän tyyppistä jäätä voidaan saada aiemmin mainitusta Ice Ih:sta puristamalla se -63 °C:sta -83 °C:seen.
- Ice III on tetragonaalista kiteistä jäätä ja sitä voidaan muodostaa jopa -23 °C:n lämpötiloissa ja niinkin alhaisessa paineessa kuin 300 MPa.
- Ice IV on metastabiili romboedraalinen vaihe. Tämä faasi voidaan saada kuumentamalla amorfista jäätä asteittain 810 MPa:ssa.
- Ice V on monokliininen kiteinen faasi. Muodostuu, kun vesi jäähdytetään -20,15 °C:seen ja 500 MPa:n paineeseen.
Miksi maapallolta ei löydy uutta jäävaihetta?
Kirjoittajien mukaan uutta vaihetta on tuskin mahdollista löytääjää Maan päällä, koska sen luomiselle ei ole sopivia olosuhteita. Mutta olosuhteet, joissa se muodostuu, ovat planeettamme vaipassa, samoin kuin suurilla kuiilla tai planeetoilla, joissa on paljon vettä.
Kirjoittajien mukaan maapallolta on tuskin mahdollista löytää uutta jäävaihetta, koska täällä ei ole sopivia olosuhteita sen syntymiselle.
Miksi meidän on tiedettävä jään eri muodoista?
Suuret, runsaasti vettä sisältävät planeetat ovat kaukana Maasta eivätkä ole osa aurinkokuntaamme. Uusien tietojen ansiosta tähtitieteilijät voivat oppia lisää näistä kohteista.
Tämä työ muuttaa tutkijoiden käsitystä koostumuksestaeksoplaneettoja, sanoi Ashkan Salamat, UNLV-laboratorion fyysikko. Kirjoittajat ehdottivat, että uuden jäämuodon tutkiminen auttaisi tutkijoita oppimaan lisää mahdollisesta maapallon ulkopuolisesta elämästä aurinkokuntamme ulkopuolella.
Lue lisää:
"James Webb" otti historian selkeimmän kuvan tähdestä
8 000 metrin syvyydessä tutkijat ovat löytäneet outoja bakteereja: niitä ei odotettu siellä näkevän
Tiedemiehet törmäävät 1500 vuotta vanhaan arkeologiseen poikkeamaan