Des scientifiques découvrent une nouvelle forme de glace – peut-être commune sur des planètes lointaines et riches en eau

Les physiciens de l’UNLV ont été les pionniers d’une nouvelle technique de chauffage au laser dans une cellule à enclume en diamant (photo ici) dans le cadre de leur découverte d’une nouvelle forme de glace. Crédit : Chris Higgins

Les découvertes pourraient avoir des implications pour notre compréhension des planètes lointaines riches en eau.

Les chercheurs du NLV ont découvert une nouvelle forme de glace, redéfinissant les propriétés de l’eau à haute pression.

L’eau solide, ou glace, est comme beaucoup d’autres matériaux en ce sens qu’elle peut former différents matériaux solides en fonction de conditions de température et de pression variables, comme le carbone formant du diamant ou du graphite. Cependant, l’eau est exceptionnelle à cet égard car il existe au moins 20 formes solides de glace que nous connaissons.

Une équipe de scientifiques travaillant au Nevada Extreme Conditions Lab de l’UNLV a mis au point une nouvelle méthode pour mesurer les propriétés de l’eau sous haute pression. L’échantillon d’eau a d’abord été pressé entre les pointes de deux diamants opposés – se congelant en plusieurs cristaux de glace mélangés. La glace a ensuite été soumise à une technique de chauffage au laser qui l’a temporairement fondue avant de se reformer rapidement en une collection de minuscules cristaux ressemblant à une poudre.

En augmentant progressivement la pression et en la faisant exploser périodiquement avec le faisceau laser, l’équipe a observé que la glace d’eau faisait la transition d’une phase cubique connue, Ice-VII, à la phase intermédiaire et tétragonale nouvellement découverte, Ice-VIIt, avant de se déposer. dans une autre phase connue, Ice-X.

Zach Grande, titulaire d’un doctorat UNLV. étudiant, a dirigé les travaux qui ont également démontré que la transition vers Ice-X, lorsque l’eau se raidit de manière agressive, se produit à des pressions beaucoup plus basses qu’on ne le pensait auparavant.

Bien qu’il soit peu probable que nous trouvions cette nouvelle phase de glace n’importe où à la surface de la Terre, il s’agit probablement d’un ingrédient commun dans le manteau terrestre ainsi que dans les grandes lunes et les planètes riches en eau en dehors de notre système solaire.

Les conclusions de l’équipe ont été rapportées dans le numéro du 17 mars 2022 de la revue Examen physique B.

Plats à emporter

L’équipe de recherche avait travaillé pour comprendre le comportement de l’eau à haute pression qui peut être présente à l’intérieur des planètes lointaines.

Pour ce faire, Grande et le physicien de l’UNLV, Ashkan Salamat, ont placé un échantillon d’eau entre les pointes de deux diamants ronds connus sous le nom de cellules d’enclume de diamant, une caractéristique standard dans le domaine de la physique des hautes pressions. Appliquer un peu de force sur les diamants a permis aux chercheurs de recréer des pressions aussi élevées que celles trouvées au centre de la Terre.

En pressant l’échantillon d’eau entre ces diamants, les scientifiques ont conduit les atomes d’oxygène et d’hydrogène dans une variété d’arrangements différents, y compris l’arrangement nouvellement découvert, Ice-VIIt.

Non seulement la technique de chauffage au laser, la première du genre, a permis aux scientifiques d’observer une nouvelle phase de glace d’eau, mais l’équipe a également découvert que la transition vers Ice-X s’est produite à des pressions près de trois fois inférieures à ce que l’on pensait auparavant – à 300 000 atmosphères au lieu de 1 million. Cette transition est un sujet très débattu dans la communauté depuis plusieurs décennies.

“Les travaux de Zach ont démontré que cette transformation en un état ionique se produit à des pressions beaucoup plus basses que jamais auparavant”, a déclaré Salamat. “C’est la pièce manquante et les mesures les plus précises jamais réalisées sur l’eau dans ces conditions.”

Le travail recalibre également notre compréhension de la composition des exoplanètes, a ajouté Salamat. Les chercheurs émettent l’hypothèse que la phase Ice-VIIt de la glace pourrait exister en abondance dans la croûte et le manteau supérieur des planètes riches en eau attendues en dehors de notre système solaire, ce qui signifie qu’elles pourraient avoir des conditions habitables pour la vie.

Référence : “Transitions de symétrie pilotées par la pression dans H dense2O ice » par Zachary M. Grande, C. Huy Pham, Dean Smith, John H. Boisvert, Chenliang Huang, Jesse S. Smith, Nir Goldman, Jonathan L. Belof, Oliver Tschauner, Jason H. Steffen et Ashkan Salamat, 17 mars 2022, Examen physique B.
DOI : 10.1103 / PhysRevB.105.104109

Des collaborateurs du Lawrence Livermore National Laboratory ont utilisé un grand supercalculateur pour simuler le réarrangement des liaisons, prédisant que les transitions de phase devraient se produire précisément là où elles ont été mesurées par les expériences.

Parmi les autres collaborateurs figurent les physiciens de l’UNLV Jason Steffen et John Boisvert, le minéralogiste de l’UNLV Oliver Tschauner et des scientifiques du Laboratoire national d’Argonne et de l’Université de l’Arizona.

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