Новый тип льда

Международная группа исследователей обнаружила ранее неизвестную форму воды — лед XXI. Этот кристаллический материал образуется при комнатной температуре, но для его появления требуется колоссальное давление, в тысячи раз превышающее атмосферное.

Ученые сделали необычное открытие, используя крупнейший в мире рентгеновский лазер European XFEL. В ходе экспериментов им удалось выявить новую форму воды, которая теперь известна как лед XXI. Поразительная особенность этого материала заключается в том, что он может образовываться при обычных комнатных температурах, однако для его стабилизации необходимы экстремально высокие давления. Этот странный кристаллический вариант отличается своей уникальной тетрагональной структурой, которая состоит из крупных блоков, содержащих 152 молекулы воды. Такое строение существенно отличает лед XXI от всех известных ранее форм льда.

В ходе исследовательского процесса воду сжимали в алмазной ячейке до невероятного давления порядка двух гигапаскалей, что примерно в 20 тысяч раз выше нормального атмосферного давления. Этот процесс занимал всего 10 миллисекунд, после чего давление плавно снижалось в течение секунды, и цикл повторялся снова. За всем происходящим наблюдало сверхчувствительное устройство, способное фиксировать до миллиона изображений в секунду. Благодаря такой технологии ученые выяснили, что лед XXI является промежуточной стадией превращения обычной воды в экзотический лед VI.

Вода сжималась в алмазной ячейке до давления порядка двух гигапаскалей / Источник: Freepik

Геун У Ли, физик из Корейского института стандартов и науки, отметил, что уникальная методика эксперимента позволила выявить несколько скрытых путей формирования кристаллов в воде при резких скачках давления. Оказывается, сверхсжатая вода структурно эволюционирует от воды высокой плотности к воде очень высокой плотности, что и обуславливает множество путей перехода.

Открытие также поднимает вопросы о возможных формах льда, существующих на покрытых льдами спутниках и планетах в нашей Вселенной, где могут царствовать схожие экстремальные условия. Ранее считалось, что такое разнообразие метастабильных фаз и сложных путей перехода между ними характерно в основном для низких температур, но новое исследование демонстрирует, что и при комнатной температуре вода способна вести себя удивительно сложно.