Исследование Лаборатории экстремальных условий в Университете Невады в Лас-Вегасе показывает, что под воздействием экстремального давления вода меняет свою атомную структуру, переходя в состояние с более низкой симметрией. Результаты научной работы опубликованы в журнале Communications Chemistry, который является изданием Nature Portfolio.
Норма и ожидание для подобных процессов заключаются в образовании более симметричных расположений атомов, однако эксперименты с водой опровергли этот сценарий. Под высоким давлением её химический состав и структура претерпевают изменения, превращая вещество в версию с более низкой симметрией по сравнению с его прежним состоянием.
Эксперимент в Лаборатории экстремальных условий с давлением в 35 миллионов PSI
В ходе исследования специалисты подвергли образцы воды воздействию давления, достигающего 35 миллионов фунтов на квадратный дюйм (PSI). Для сравнения, давление в обычном автомобильном колесе составляет около 30 PSI. Для достижения таких параметров исследователи использовали метод спектроскопии, помещая образцы между двумя алмазами — самыми твердыми из известных материалов — для создания чрезвычайных давлений, после чего изучали структурное расположение атомов с помощью рентгеновского излучения.
Вода в условиях, отличных от земных, ведет себя гораздо сложнее, чем мы когда-либо могли себе представить.
Ashkan Salamat, физик из UNLV и директор Nevada Extreme Conditions Lab, via AZOM
Поразительно, как вода может вести себя под давлением.
Ashkan Salamat, руководитель исследования и директор лаборатории, via AZOM
Ученые отмечают удивительную способность воды вести себя под нагрузкой нестандартным образом. При высвобождении давления космическая вода, вероятнее всего, перестроится в известную структуру, которая гораздо чаще встречается на нашей планете.
Моделирование условий на ледяных гигантах Нептуне и Уране
Параметры, созданные в лабораторных условиях, воспроизводят химические процессы, которые могут происходить внутри далеких планет. Уран и Нептун классифицируются как ледяные гиганты, представляющие собой скопления расплавленной металлической воды, аммиака и метана.
Эти сведения дают представление об их составе, а также о внутреннем давлении и температурах, позволяя лабораториям моделировать происходящие там процессы.
Мы не можем проникнуть в кору или атмосферы этих планет из-за огромных расстояний, но у нас есть данные от таких проектов, как программа «Вояджер».
Ashkan Salamat, физик и исследователь, via AZOM
Мы имеем представление об их составе, а также о давлении и температурах в их недрах. И в таких лабораториях, как моя, мы можем воссоздавать химические процессы и экспериментировать с тем, что может происходить внутри этих планет.
Ashkan Salamat, директор Nevada Extreme Conditions Lab, via AZOM
Влияние структурных изменений на планетарные науки и материаловедение
Полученные выводы показывают, что вода способна принимать незнакомые формы и выступать своеобразным «оборотнем», существуя в структуре, сильно отличающейся от земной из-за гораздо более высоких уровней давления.
Понимание механизмов работы нашей солнечной системы и наблюдаемой нами вселенной имеет критически важное значение для развития человеческих знаний.
Ashkan Salamat, руководитель исследования, via AZOM
Когда мы в конце концов доберемся до этих миров, что мы там увидим? Мы по сути являемся первыми первопроходцами, которые пытаются ответить на эти вопросы в лабораторных условиях.
Ashkan Salamat, физик из Университета Невады в Лас-Вегасе, via AZOM
Разгадка тайн поведения воды при экстремальном давлении и температурах позволяет ученым прокладывать путь к новым открытиям в таких разнообразных областях, как планетарная наука и материаловедение. Данные инновации способны принести революционные изменения в самые разные индустрии, охватывая сферы от электроники до возобновляемых источников энергии и за их пределами.
Продолжение темы
