氷の一種は、地球のマントルだけでなく、水に覆われた大きな衛星や惑星にも見られます。
氷の性質とその形成過程はユニークで他の素材を彷彿とさせます。これは、温度と圧力の変化に伴って変化することを意味します。炭素は同じ論理に従って機能し、そこからダイヤモンドまたはグラファイトのいずれかを得ることができます。しかし、科学者は氷が20以上の固体の形をしていることを知っているので、例外があります。
彼らの研究では、物理学者はレーザー加熱とダイヤモンドアンビルを使用して新しい形の氷を発見しました。
氷は20以上の固体の形をしています
研究者たちはどのようにして新しい形の氷を見つけましたか？
まず、2 つのダイヤモンドの間に容器に水を入れます。この機構をダイヤモンドアンビルセルと呼びます。
2つの円錐形のダイヤモンドで構成されており、直径1 mmの領域にわたって互いに対向して配置されます。これにより、数百万気圧の圧力を作り出すことができます。ダイヤモンドも透明なので、研究中のサンプルをさまざまな方法で研究できます。科学者たちは、地球の中心に存在する圧力を再現しました。
その後、ダイヤモンドの間にある氷をレーザーで加熱しました。それは部分的に溶けて、それからたくさんの小さな結晶に変わりました。
科学者たちは圧力を高め、氷がよく知られている氷VIIの立方体の形でしたが、その後、氷VIITの新しい未踏の中間段階になりました。彼らはそれを正方晶と呼んだ。その後、氷はすでに研究されている別のフェーズであるIceXになりました。
氷 VII は、水素原子が不規則に配置された立方晶相の氷です。
氷Xは、陽子が秩序化されている対称相です。 70GPaの圧力で得ることができます。
研究者によると、彼らはアイスXの形が予想外に低い圧力で得られたという事実に注目しました。それは100万ではなく30万気圧に達した。
「私たちの仕事では、X相を氷結させ、意図したほど高い圧力を使用しないでください。これは、超精密測定のおかげで私たちが受け取った重要な情報です」と、UNLV研究所の物理学者であるAshkanSalamatは述べています。
作業中、研究者たちはスーパーコンピューターを使用して、結合の再配線をシミュレートし、相転移が発生する場所を予測しました。
科学者たちは圧力を高め、氷がよく知られている立方体の形の氷VIIであり、その後、新しい未踏の中間段階の氷VIITに変わったことを発見しました。
氷にはさまざまな形がありますか？
はい、氷には 20 種類以上の形があります。すべてではありませんが、最初の 7 つをリストします。他の種に関する情報は公開されています。
- アモルファス氷は、水分子がランダムに配置された結晶構造のない氷です。普通のガラスの原子のようなものです。
- 氷Ihは通常の六角形の結晶氷です。これには、生物圏に存在するほとんどすべての氷が含まれます。
- 氷Icは準安定立方晶結晶氷です。それは-53°Cで形成されます：それは-33°Cの低い温度で存在することができます。このタイプの氷は上層大気で形成される可能性があります。
- 氷IIは、高度に秩序化された構造を持つ菱面体晶の結晶形です。このタイプの氷は、前述の氷Ihから、-63°Cから-83°Cで圧縮することによって得ることができます。
- Ice III は正方晶系の結晶氷で、-23 °C という低い温度と 300 MPa の圧力で生成できます。
- Ice IVは、準安定な菱面体晶相です。この相は、アモルファス氷を810MPaで徐々に加熱することによって得ることができます。
- Ice V は単斜晶系の結晶相です。水が-20.15 °C、500 MPaの圧力に冷却されると形成されます。
なぜ地球上に氷の新しい段階が見つからないのですか？
著者によると、新しいフェーズを見つけることはほとんど不可能ですその作成に適した条件がないため、地球上の氷。しかし、それが形成される条件は、私たちの惑星のマントルだけでなく、大きな衛星や水がたくさんある惑星にもあります。
著者によると、ここでは氷を作るのに適した条件がないため、地球上で氷の新しい段階を見つけることはほとんど不可能です。
なぜ私たちはさまざまな形の氷について知る必要があるのですか？
大きくて水の豊富な惑星は地球から遠く離れており、私たちの太陽系の一部ではありません。新しい情報のおかげで、天文学者はこれらの天体についてさらに学ぶことができるでしょう。
この作品は、科学者の構成に対する理解を変えるでしょう太陽系外惑星は、UNLV研究所の物理学者であるAshkanSalamatが言った。著者らは、新しい形の氷を研究することは、研究者が私たちの太陽系の外で起こりうる地球外生命についてもっと学ぶのに役立つだろうと示唆しました。
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