periodická tabulka
autor: Offnfopt, zdroj: Wikipedia, licence obrázku public domain

Superionický led může za neobvyklé magnetické pole Uranu a Neptunu

Existenci superionického (superiontového) ledu předpokládáme v nitru velkých planet a podařilo se ho připravit za extrémních laboratorních podmínek i na Zemi. Tato kašovitá forma existující za vysokých teplot a tlaků je elektricky vodivá, protože protony (vodíková jádra) zde nejsou pevně vázány k atomům kyslíku. Z téhož důvodu předpokládáme, že superionický led by se choval jako kyselina.

Nový výzkum se zaměřil na podmínky stability superionického ledu. Vědci změřil strukturu a vlastnosti dvou fází superionického ledu (led XVIII a led XX). Přivedli vodu k extrémně vysokým tlakům a teplotám v laserem vyhřívané diamantové kovadlince a poté vzorky zkoumali z hlediska jejich struktury a elektrické vodivosti. Výsledkem měření byly stavové diagramy popisující různé fáze ledu. Podařilo se dosáhnout teplot až přes 6 000 °C za tlaků 150 GPa (1,5 milionkrát více než atmosférický tlak), což by mělo odpovídat podmínkám několika tisíc km pod povrchem Uranu nebo Neptunu. (Pro srovnání: na hranicích jádra a zemského pláště předpokládáme teplotu asi 2 700 – 3 700 °C a tlak kolem 135 GPa)
Jako analytická metoda pro stanovení krystalové struktury bylo použito rentgenové záření generované v synchrotronu v Argonne National Laboratory na Chicagské univerzitě. Druhá část experimentů probíhala na Carnegie Institution of Washington, kde se pomocí optické spektroskopie měřila elektrická vodivost.
Výzkumníci nejprve vytvořili led VII a X z vody při pokojové teplotě zvýšením tlaku na několik desítek GPa (viz fázový diagram). Poté při konstantním tlaku zvýšili teplotu zahříváním laserovým světlem. Přitom pozorovali, jak se mění krystalová struktura ledu: Nejprve se atomy kyslíku a vodíku trochu posunuly ze svých původních pozic, poté zůstal pevně vázán pouze kyslík a vytvořil vlastní krystalovou mřížku ve tvaru krychle. Se zvyšující se teplotou se vodík ionizoval a odevzdal svůj jediný elektron kyslíkové mřížce. Kladně nabité protony začaly strukturou volně protékat. To odpovídá právě superionickému ledu, fázi na pomezí pevné látky a kapaliny. Podařilo se připravit dvě fáze superionického ledu, led XVIII a led XX a ve fázovém diagramu vymezit oblasti jejich stability (rozmezí tlaků a teplot).
Fázový přechod ledu na elektricky vodivou kaši má zajímavé důsledky mj. pro otázky týkající se magnetického pole Uranu a Neptunu. Tyto planety se pravděpodobně skládají z více než 60 % z vody. Jejich magnetická pole mají ve srovnání s pozemským neobvyklé vlastnosti: centrum pole se nenachází ve středu planety a pole je hodně vychýlené vzhledem k ose rotace. Modely jeho vzniku proto předpokládají, že na rozdíl od Země není toto pole vytvářeno pohybem roztaveného železa v jádře, ale vodivou kapalinou bohatou na vodu ve vnější třetině (pevné fáze) Uranu/Neptunu.


Fázový diagram vody ukazuje mj. předpokládané podmínky v nitru Uranu a Neptunu a oblast, kde superinocký led může přispívat k neobvyklému magnetickému poli těchto planet. Credit: S. Lobanov, German Research Center for Geosciences GFZ Potsdam

Vitali Prakapenka, Structure and properties of two superionic ice phases, Nature Physics (2021). DOI: 10.1038/s41567-021-01351-8. www.nature.com/articles/s41567-021-01351-8
Zdroj: Helmholtz Association of German Research Centres / Phys.org

Nejtvrdší sklo je z uhlíku, připravili ho z buckyballu

Vědcům se podařilo syntetizovat novou ultratvrdou formu uhlíkového skla připomínající diamant. Materiál má značný potenciál …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close