Вчені відкрили четверту форму води

Нещодавнє відкриття у світі науки змінило наше уявлення про воду в екстремальних умовах.

Вчені з Франції та інших країн підтвердили існування нової форми льоду, яку назвали пластичним льодом VII. Ця фаза води утворюється за надзвичайно високого тиску, що перевищує три гігапаскалі, і температури вище 450 кельвінів. На відміну від звичних нам станів льоду, де молекули залишаються нерухомими, у цій формі вони здатні обертатися, зберігаючи при цьому впорядковану кристалічну структуру.

Таке явище робить пластичний лід VII унікальним і відкриває нові горизонти для досліджень у різних галузях науки.

Експерименти, які привели до цього відкриття, проводилися з використанням передових технологій. Дослідники застосували метод нейтронного розсіювання, що дозволив детально вивчити поведінку молекул води в умовах високого тиску. Для цього використовувалися спеціальні пристрої — алмазні ковадла, які здатні створювати необхідний тиск у малих зразках.

Експерименти відбувалися в Інституті Лауе-Ланжевена у Франції, одному з провідних центрів із дослідження матеріалів за допомогою нейтронів. Аналізуючи, як нейтрони розсіюються від зразків, учені виявили, що молекули води в пластичному льоді VII не просто зафіксовані, а здійснюють обертальні рухи всередині так званої кубічної структури з центрованим тілом.

Ця структура, відома як BCC, є ключовою особливістю пластичного льоду VII. Вона відрізняє його від звичайного льоду VII, який також існує за високого тиску, але не дозволяє молекулам обертатися. Щоб краще зрозуміти ці процеси, дослідники провели комп’ютерні симуляції молекулярної динаміки.

Результати показали, що обертання молекул не є хаотичним — вони рухаються між кількома визначеними напрямками. Таку поведінку можна порівняти з деякими органічними кристалами, наприклад, неопентилгліколем, де також спостерігається подібна динаміка. Це робить пластичний лід VII не лише цікавою формою води, а й потенційним об’єктом для вивчення в матеріалознавстві.

Однак ця екзотична фаза води існує в дуже вузькому діапазоні умов. Її стабільність залежить від точного балансу між тиском і температурою, що значно обмеженіше, ніж у випадку з льодом VII. Останній, до речі, вважається поширеним у природі, зокрема на крижаних супутниках планет-гігантів, таких як Каллісто, Ганімед (супутники Юпітера) чи Титан (супутник Сатурна). Вчені припускають, що лід VII може формуватися між скелястими ядрами цих небесних тіл і їхніми величезними океанами.

Чи відіграє пластичний лід VII якусь роль у структурі чи еволюції цих супутників, поки невідомо, але його відкриття дає поштовх для подальших досліджень екстремальних планетарних середовищ.

Значення цього відкриття виходить далеко за межі простого підтвердження теоретичних передбачень. Ще у 2008 році науковці припускали існування пластичного льоду VII, але лише зараз технології дозволили довести його реальність.

Ця робота не лише розширює наші знання про поведінку молекул води в незвичайних умовах, а й може мати практичне застосування. Наприклад, розуміння таких фаз може допомогти в розробці нових матеріалів, стійких до високого тиску, або в моделюванні процесів, що відбуваються всередині планет. Крім того, це дослідження підкреслює важливість міждисциплінарного підходу, адже воно поєднує фізику, хімію та планетологію.

Автором цього прориву стала Лівія Бове з Університету Сорбонна у Франції, яка очолила міжнародну команду вчених.

Дослідження проводилося в Інституті Лауе-Ланжевена, де були створені ідеальні умови для роботи з нейтронними променями та алмазними ковадлами. Їхня праця стала ще одним кроком до розгадки таємниць води — речовини, яка, здавалося б, давно вивчена, але продовжує дивувати науковців своєю багатогранністю.