Επιστήμονες δημιούργησαν πάγο που παραμένει στερεός πάνω από τους 2.000°C!

Επιστήμονες δημιούργησαν μια εξαιρετικά παράξενη μορφή πάγου, η οποία μπορεί να παραμένει στερεή σε θερμοκρασίες που ξεπερνούν τους 2.000°C, υποβάλλοντας νερό σε ακραίες πιέσεις.

Το υλικό, γνωστό ως υπεριονικός πάγος (superionic ice), παρουσιάζει ιδιότητες που δεν συναντώνται στον συνηθισμένο πάγο.

Τα άτομα οξυγόνου διατηρούνται σε μια οργανωμένη κρυσταλλική δομή, ενώ το υδρογόνο κινείται μέσα σε αυτήν, προσδίδοντας στο υλικό και ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Το πείραμα πραγματοποιήθηκε με ένα απειροελάχιστο δείγμα νερού, το οποίο οι ερευνητές παγίδευσαν ανάμεσα σε δύο διαμάντια χρησιμοποιώντας μια ειδική κυψελίδα υψηλής πίεσης.

Το νερό υποβλήθηκε στη συνέχεια σε πιέσεις εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από εκείνες που επικρατούν στην επιφάνεια της Γης και θερμάνθηκε με λέιζερ.

Στις ακραίες συνθήκες του πειράματος, η πίεση έφτασε τα 219 γιγαπασκάλ, ενώ η θερμοκρασία τους 2.630 Κέλβιν, δηλαδή περίπου 2.357°C.

Παρά την τεράστια θερμοκρασία, το νερό δεν μετατράπηκε απλώς σε ατμό. Αντίθετα, τα άτομα οξυγόνου αναδιατάχθηκαν σχηματίζοντας μια κρυσταλλική δομή γνωστή ως εξαγωνική πυκνή διάταξη (hcp).

Οι ερευνητές μελέτησαν τη δομή του δείγματος χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ στην Ευρωπαϊκή Εγκατάσταση Ακτινοβολίας Σύγχροτρονου (ESRF). Στο υψηλότερο σημείο πίεσης, το δείγμα είχε διάμετρο μόλις περίπου 12 μικρόμετρα.

Το νερό που συμπεριφέρεται διαφορετικά

Στον υπεριονικό πάγο, το οξυγόνο παραμένει ουσιαστικά «κλειδωμένο» στο κρυσταλλικό πλέγμα, ενώ οι πυρήνες υδρογόνου μπορούν να μετακινούνται μέσα σε αυτό.

Αυτή η ασυνήθιστη κίνηση είναι που προσδίδει στο υλικό την ικανότητα να μεταφέρει ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι, ο υπεριονικός πάγος παρουσιάζει ταυτόχρονα χαρακτηριστικά στερεού και μια συμπεριφορά των ατόμων που θυμίζει υγρό.

Η συγκεκριμένη κατάσταση του νερού είχε προβλεφθεί θεωρητικά εδώ και δεκαετίες, ενώ πειράματα των τελευταίων ετών είχαν δώσει ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξή της. Η νέα μελέτη προσθέτει στοιχεία για τη δομή του υλικού σε ακόμη πιο ακραίες συνθήκες.

Τι μπορεί να συμβαίνει στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα

Το εύρημα ενδιαφέρει ιδιαίτερα τους επιστήμονες επειδή παρόμοιες συνθήκες εκτιμάται ότι επικρατούν βαθιά στο εσωτερικό του Ουρανού και του Ποσειδώνα.

Οι δύο πλανήτες, γνωστοί ως «παγωμένοι γίγαντες», διαθέτουν ιδιαίτερα μαγνητικά πεδία και οι επιστήμονες εξετάζουν εδώ και χρόνια εάν αγώγιμα στρώματα στο εσωτερικό τους μπορεί να συμβάλλουν στη δημιουργία τους.

Επειδή ο υπεριονικός πάγος μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρικό φορτίο, η μελέτη της συμπεριφοράς του υπό ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες μπορεί να βοηθήσει στη δημιουργία πιο ακριβών μοντέλων για το εσωτερικό των δύο πλανητών.

Οι ερευνητές επισημαίνουν, πάντως, ότι το πείραμα δεν αποδεικνύει πως η συγκεκριμένη μορφή πάγου υπάρχει αυτούσια στον Ουρανό ή τον Ποσειδώνα. Δείχνει όμως πώς μπορεί να συμπεριφέρεται το νερό όταν βρεθεί σε συνθήκες παρόμοιες με εκείνες που επικρατούν βαθιά στο εσωτερικό των δύο πλανητών.