ВАШИНГТОН –
Используя устройство, которое можно было бы описать как супер-пупер шейкер, ученые создали ранее неизвестную форму льда, которая может существовать на ледяных лунах нашей Солнечной системы, в ходе исследования, которое проливает свет на поведение воды в экстремальных условиях.
Исследователи сказали, что они использовали процесс, называемый шаровой мельницей, чтобы энергично встряхнуть обычный лед вместе со стальными шариками в контейнере, охлажденном до минус 328 градусов по Фаренгейту (минус 200 градусов по Цельсию). Это дало то, что они назвали «аморфным льдом средней плотности», или МДА, который выглядел как мелкий белый порошок.
Обычный лед является кристаллическим по своей природе, молекулы воды — два атома водорода и один атом кислорода, или H2O — расположены в правильном порядке. Молекулы воды аморфного льда находятся в неорганизованной форме, напоминающей жидкость.
«Лед — это замороженная вода, содержащая молекулы H2O. H2O — очень универсальный молекулярный строительный блок, который может образовывать множество различных структур в зависимости от температуры и давления», — сказал профессор физики и химии материалов Университетского колледжа Лондона Кристоф Зальцманн, старший автор опубликованного исследования. на этой неделе в журнале Science.
«Под давлением молекулы упаковываются более эффективно, поэтому существует много разных форм льда», — добавил Зальцманн.
Практически весь лед на Земле существует в знакомой ему кристаллической форме — подумайте о кубиках льда в вашем лимонаде. Но аморфный лед — самая распространенная форма воды в космосе. Ученые идентифицировали 20 различных форм кристаллического льда и три формы аморфного льда — одну низкой плотности (обнаруженную в 1930-х годах), одну высокую плотность (обнаруженную в 1980-х годах) и новую промежуточную.
Аморфный лед на Земле может быть приурочен к холодным верхним слоям атмосферы.
«Почти весь лед во Вселенной аморфен и находится в форме, называемой аморфным льдом низкой плотности», — сказал Зальцманн. «Это образуется, когда вода конденсируется на пылинки в космосе. Кометы также представляют собой аморфный лед. Жидкая вода требует особых условий, таких как на Земле. Но есть также свидетельства существования подповерхностных океанов в некоторых ледяных спутниках Солнечной системы».
Шаровая мельница используется в промышленности для измельчения или смешивания материалов. Исследователи использовали эту технику, чтобы сделать около 3 унций (8 граммов) нового льда, оставив часть его в холодильнике.
Вопрос в том, где эта форма льда может существовать в природе. Исследователи предполагают, что тип сил, которые они применили к обычному льду в лаборатории, может существовать на ледяных спутниках, таких как Европа Юпитера или Энцелад Сатурна.
«Мы впервые изготовили лед MDA. Так что образцы в нашей лаборатории должны быть единственными на Земле», — сказал Зальцманн.
«Мы подозреваем, что он может существовать на некоторых ледяных спутниках Солнечной системы. Шаровая мельница вызывает силы сдвига внутри кристаллов льда, когда они сталкиваются со стальными шариками. На ледяных спутниках приливные силы от газовых гигантов (Юпитер и Сатурн ) действуют, и мы ожидаем, что они вызовут такие же силы сдвига в ледяных оболочках спутников, как и во время шаровой мельницы», — добавил Зальцманн.
Исследование может способствовать лучшему пониманию воды, ключевого химического элемента жизни.
«Тот факт, что эта новая форма льда имеет плотность, подобную плотности жидкой воды, и поэтому может быть хорошей моделью для понимания воды без движения жидкости, вероятно, является наиболее важным аспектом этого открытия», — говорится в сообщении Университета. Кембриджский профессор химии и соавтор исследования Ангелос Михаэлидис.
«Поскольку МДА также находится в неупорядоченном состоянии, подобно жидкой воде, возникает вопрос, действительно ли это жидкая вода, но при низких температурах», — сказал Зальцманн. «Основываясь на этом, MDA дает возможность, возможно, наконец понять жидкую воду и ее многочисленные аномалии».
(Отчетность Уилла Данэма, редакция Розальбы О’Брайен)
