Необычное состояние воды: Лёд температурой в несколько тысяч градусов

26 May

Немногим более года назад в Брайтонской Лаборатории лазерной энергетики был произведен весьма любопытный эксперимент. Желая изучить поведение воды в условиях экстремальных температур, ученые направили на каплю воды один из самых мощных лазеров, создав ударную волну огромной силы. В результате на ничтожно малую долю секунды давление воды в капле увеличилось до нескольких миллионов атмосфер, а температура — до нескольких тысяч градусов. По идее, в таких условиях вода должна либо превратиться в газ, либо стать перегретой жидкостью, но случилось совсем нечто иное.

Источник изображения: larazon.es
Источник изображения: larazon.es

Вода застыла, образовав кристаллы льда. Впрочем, неожиданностью это бы стало для обывателя, что до экспериментаторов, то они явно ожидали чего-то подобного. И вообще, лед необязательно должен быть холодным, при определенных условиях его температура может достигать до пяти тысяч градусов и при этом он будет продолжать оставаться твердым. Такое необычное состояние воды называется суперионным льдом или льдом XVIII. Эту форму жидкая вода принимает при сильном сжатии, например, чтобы получить суперионный лед при комнатной температуре, нужно обеспечить давление порядка 2,5 гигапаскалей.

При таком высоком давлении ионы кислорода образуют жесткую решетку, по которой подобно жидкости перемещаются ионы водорода. Чем выше температура, тем более сильным должно быть давление. Кстати, астрономы считают, что именно в таком состоянии находится вода в недрах Нептуна и Урана.

Суперионный ледяной гигант. Источник изображения: searchingc.com
Суперионный ледяной гигант. Источник изображения: searchingc.com

Но способность оставаться твердым не единственное отличие суперионного льда от льда обычного, в изобилии встречающегося в холодное время года на Земле. Плотность суперионного льда в четыре раза выше, чем у обычного льда, а еще он должен иметь черный цвет.

Также предполагается, что суперионный лед в той или иной мере должен проводить электрический ток. В основе оного предположения лежит способность ионов водорода свободно перемещаться по кристаллической решетке, и именно они должны играть роль электронов. К таким выводам ученые пришли еще до экспериментального получения суперионного льда, когда существование последнего было лишь теорией. Зато писатели и популяризаторы науки не особо стеснялись в своих фантазиях. Так, известный американский писатель Курт Воннегут в своем романе «Колыбель для кошки» описывал лед IX - вещество, способное вызвать кристаллизацию всей жидкой воды на планете, случись ему попасть в мировой океан.

Почему такими губительными свойствами был наделен именно лед IX?

Да потому что на момент написания романа Воннегутом науке было известно только восемь модификаций льда. Если бы писатель трудился над своей книгой в 2020 году, свои фантазии ему пришлось бы перенести на гипотетическую восемнадцатую модификацию льда, открытие которой не исключено ожидать в будущем. Сегодня же науке известно три аморфных состояния и семнадцать кристаллических модификаций льда, и ни одна из них не обладает убийственными для всего живого свойствами. Зато многие из них, включая лед XVIII, могут приблизить ученых к разгадке тайн таких ледяных гигантов, как Нептун и Уран.

По словам Джошуа Сокола из Quanta Magazine, ученые предполагают, что этот горячий лед может быть самой распространенной формой воды во вселенной.