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地球にない「熱い氷」初めて構造をとらえた 高温高圧で存在する「超イオン氷」

1: しじみ ★ 2019/05/10(金) 21:38:14.30 ID:CAP_USER

■高温高圧で存在する「超イオン氷」を瞬間的に再現、海王星と天王星の謎に迫る

 南極の海から家庭の冷凍庫まで、地球上にある氷はほぼ同じタイプだが、遠く離れた惑星では極端な温度と圧力によって、奇妙で多様な氷が形成されている。

 研究者はこのほど、新しい種類と見られる氷をX線でとらえることに成功した。「超イオン氷」という導電性の高い氷だ。5月8日付けで学術誌『ネイチャー』に発表された論文によると、この氷は、太陽の表面温度の半分ほどの高温と、100万~400万気圧という高圧下で存在する。

「数千度という温度ですが、間違いなくこれは氷の話です」と、研究チームを率いた米ローレンス・リバモア国立研究所の物理学者マリウス・ミヨー氏は言う。

 これだけの高温・高圧条件が地球上で自然にそろうことはないが、天王星や海王星といった、大量の水がある巨大惑星の深部では可能だと考えられる。これらの惑星は独特の磁場を持っており、その起源は謎に包まれている。今回の発見は、その謎を解く鍵になるのではないかと期待されている。
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■18番目の氷

 水の結晶構造は、すでに17種類も知られている(SF作家カート・ヴォネガットの小説『猫のゆりかご』には恐ろしい「アイス・ナイン」という物質が登場するが、実在の「氷IX」はそれよりもずっと無害だ)。そして今から30年以上も前に、水に非常に高い圧力をかけると超イオン氷ができることが予想されていた。

 一般に超イオン導電体は、固体と液体の性質を兼ね備えている。結晶格子を作るのは固体と同じでも、その間を液体のように、電荷を運ぶイオンが自由に流れる。今回のように、水(H2O)の超イオン氷では、酸素の結晶格子の間を水素イオンが飛び回っている。

「物質の状態としては非常にエキゾチックです」と論文共著者で同研究所所属のフェデリカ・コッパリ氏は言う。

2018年、ミヨー氏とコッパリ氏らは、ダイヤモンドアンビルという装置とレーザーによる衝撃波を使って水を圧縮し、数ナノ秒(1ナノ秒は十億分の1秒)の間だけ氷にすることに成功した。氷になっている間は導電率が数百倍になっていて、超イオン氷であることを強く示唆していた。

 その後の最新の研究では、6基の大型レーザーを使って連続的に衝撃波を発生させ、薄い水の層に数百万気圧の高圧と1700~2700℃の高温を与えて氷にした。正確なタイミングでX線を照射して測定したところ(これも数ナノ秒しか持続しない)、酸素原子が確かに結晶構造をとっていることが明らかになった。

 酸素原子は、面心立方格子(立方体の8つの頂点と6つの面の中心に原子がある形)という高密度の配置になっていた。氷の結晶がこのような構造をとっているのが確認されたのはこれが初めてだ、とコッパリ氏は言う。研究チームは、この新しい18種類目の結晶構造を「氷XVIII」と呼ぼうと提案している。

 第三者である米プリンストン大学の物理学者ロベルト・カー氏は今回の研究について、さらなる研究が必要としながらも、水の結晶構造の多様性を示す重要なものだと評価している。「これほど多様な形をとることができる水という物質には、本当に驚かされます」
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続きはソースで

https://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/19/051000268/



引用元:http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1557491894/続きを読む

【モノリス】キレイな長方形の氷山の写真公開 南極海で撮影

1: みつを ★ 2018/10/25(木) 04:25:47.77 ID:CAP_USER9

https://www.bbc.com/japanese/45962244

NASA、長方形の氷山の写真公開 南極海で撮影
2018年10月24日

米航空宇宙局(NASA)は23日、南極近くのウェッデル海に浮かぶ長方形の氷山の写真を公開した。

この写真は先週、NASAの研究用飛行機に乗っていた科学者により撮影された。
断面の角度が急で、表面が平らなことから、NASAはこの氷山が棚氷から最近分離したとみている。

氷山の角は鋭く、まだ南極海の波ですり減っていない。
ただ、このような物体は未知なわけではなく、むしろ「卓状氷山」という名前もついている。平らで長い氷山で、棚氷の端から分離して形成される。

NASAと米メリーランド大学に所属する氷河学者ケリー・ブラント氏は、卓状氷山形成の過程が、伸びすぎた爪が先端で割れるのに少し似ていると語った。

ブラント氏によると、卓状氷山は幾何学的な形になることが多いという。
「この氷山が少し普通と違うのは、形がほとんど正方形のように見えることだ」ブラント氏は付け加えた。
今回撮影された氷山は、南極半島東部の「ラーセンC」と呼ばれる棚氷が崩壊してできたとみられる。
写真からは氷山の正確な大きさを判断するのは難しいが、専門家は全長を恐らく1.6キロ以上と推計した。

また、全ての氷山において、表面の見えている部分は、氷山全体のほんのひとかけらに過ぎない。この氷山の場合、見えている部分は全体の約10%という。
(英語記事 Nasa photographs rectangular iceberg)

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水の持つ特別な性質について、東京大学が従来の通説を覆す発見

1: しじみ ★ 2018/09/16(日) 21:52:48.62 ID:CAP_USER

 東京大学生産技術研究所の田中肇教授らの研究グループは、これまで特異なガラス転移現象として説明されてきた水の動的異常性が、実はガラス転移と無関係であり、液体の正四面体構造形成に起因していることを初めて突き止めた。

 水が、4℃で最大密度を示す、結晶化の際に体積が膨張するなど、他の液体にない極めて特異な性質を持つことは広く知られている。また、通常の液体は、フラジャイルな液体(ガラスにならない液体)とストロングな液体(ガラスになる液体)に分類されるが、水は高温ではフラジャイル、低温ではストロングのような特異なふるまいを示す。このような異常な挙動は、特殊なガラス転移現象としてこれまで理解されてきたが、今回、同研究グループは、高温の水が正四面体構造をもたない乱れた構造から、低温のほとんど正四面体構造からなる水へ移り変わることを分子レベルで明確な形で示すことに初めて成功した。

 この成果は、従来のガラス転移に基づく水の動的異常性に関する定説を覆しただけでなく、水の熱力学的異常と動的異常が、ともに正四面体構造形成という共通の起源に基づくこと明らかにした点にも大きなインパクトがある。

 水は、人類にとって最も重要な液体であり、本研究成果は、水の特異な性質そのもの理解に留まらず、生命活動、気象現象などとのかかわりの理解にも大きく貢献するものと期待される。

論文:【Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America】Origin of the emergent fragile-to-strong transition in supercooled water
http://www.pnas.org/content/early/2018/08/29/1807821115

https://univ-journal.jp/22725/



引用元:http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1537102368/続きを読む
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