Yüksek basınçlarda fazlar arasındaki kısacık geçişlerde yeni bir kristal bir su-buz formu keşfedildi. Buna Buz-VII denir ve maddenin zaten bilinen iki kübik molekül düzeni arasında kaymasıyla gerçekleşir. Buz-VI’nın Dünya yüzeyinde doğal olarak ortaya çıkması pek olası olmasa da, suyun devasa yabancı dünyalarda nasıl davrandığı hakkında daha fazla bilgi verebilir.
Sıradan olduğunu düşünebiliriz, ancak su, bildiğimiz diğer sıvılara kıyasla aslında oldukça garip. Suyun donmuş haldeki buzunun içindeki moleküllerin düzeni, etrafındaki koşullara bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir.
Bazıları doğal olarak oluşan, bazıları ise sadece laboratuvar koşullarında görülen bu katı buz fazlarından en az 19’unu biliyoruz.
Dondurucuda gördüğünüz, gökten kar taneleri veya dolu taneleri olarak düşen buz, Dünya’daki en yaygın doğal buzdur. Oksijen atomlarının altıgen bir ızgarada düzenlendiği Ice-I olarak adlandırılır. Bununla birlikte yapı, hidrojen atomlarının düzensiz bir şekilde asılı kalmasıyla geometrik olarak düzensiz bir yapı oluşturmuşlardır.
Fizikçiler Buz-I’yi çeşitli sıcaklıklarda soğutup farklı basınçlar uyguladıklarında, içindeki hidrojen ve oksijen atomları periyodik olarak farklı düzenlemelere ulaşabilir, hatta bazen kendilerini daha düzenli bir şekilde düzenleyebilirler. Bu çeşitli su buzu biçimleri her zaman kararlı değildir, ancak merak uyandıran moleküler yapılarını ortaya çıkarmak için bunları laboratuvarda keşfedebiliriz.
Kübik yapıya sahip bu fazlardan ikisi, düzensiz hidrojen içeren Ice-VII ve simetrik olan Ice-X’dir. Bunlara, buzu, Dünya’nın deniz seviyesindeki atmosferik basıncından on binlerce ila yüz binlerce daha fazla yüksek basınçlara, Ice-VII’yi Ice-X’ten bile daha düşük basınçlara maruz bırakarak ulaşılabilir.
Las Vegas, Nevada Üniversitesi’nden Zach Grande liderliğindeki bir fizikçi ekibi, buz fazları arasındaki geçişleri incelemek için, basınç uygulandığında buzun özelliklerini ölçmek için yeni bir teknik kullanarak yüksek basınçlı buz üzerinde deneyler yaptı.
Araştırmacılar, bir elmas örs hücresinin içine bir su örneğini sıkıştırarak, onu bir kristal karmaşası içinde donmaya zorladı. Lazerler daha sonra numuneyi ısıtmak için kullanıldı ve araştırmacıların toz benzeri bir kristal koleksiyonu olarak tanımladıkları şeye yeniden donmadan önce erimesine neden oldu. (Elmas örs, iki elmasın düzleştirilmiş uçları arasında maddeyi sıkıştırabilir ve 500 gigapascal’ın üzerinde, yani Dünya’nın merkezindeki basıncın bir buçuk katı kadar muazzam basınçlara erişebilir.)
Araştırmacılar, lazerden gelen periyodik patlamalarla örsteki basıncı kademeli olarak artırarak Ice-VII’yi yarattılar ve Ice-X’e geçişi gözlemlediler. Arada, yeni ölçüm teknikleri sayesinde yeni ara faz olan Ice-VIIt’i de gözlemlediler.
Bu aşamada, Ice-VII’nin kübik kafesi, vektörlerinden biri boyunca gerilir, böylece yapı, Ice-X’in simetrik, tam sıralı kübik düzenine yerleşmeden önce, kübik ayak izi ile dikdörtgen bir düzenlemeye uzanır. Bu düzenleme tetragonal olarak bilinir. (Tetragonal kristal yapı, tetragonal eksenlerin birbirlerini 90 derecelik açılarla kestiği kristal yapı türüdür.)
Ekip ayrıca Ice-X’in önceden düşünülenden çok daha düşük basınçlarda oluşabileceğini gösterdi. Yaklaşık 3 gigapaskaldan Ice-VII oluşur; yani 30.000 atmosferik basınç. Takımın gözlemlerine göre Ice-VIIt’e geçiş yaklaşık 5.1 gigapaskalda gerçekleşiyor.
Önceki raporlar, Ice-X için geçiş basıncını 40 ile 120 gigapaskal arasına koymuştu. Ancak Grande ve ekibi, Ice-VIIt ve Ice-X arasındaki geçişin yaklaşık 30.9 gigapaskalda gerçekleştiğini gözlemledi. Ekip, bunun Ice-X geçiş baskısı hakkındaki tartışmayı çözmeye yardımcı olması gerektiğini söyledi.
Las Vegas, Nevada Üniversitesi’nden fizikçi Ashkan Salamat, “Zach’ın çalışması, iyonik bir duruma bu dönüşümün daha önce düşünülenden çok çok daha düşük basınçlarda gerçekleştiğini gösterdi” dedi.
“Bu, kayıp parça ve bu koşullarda su üzerinde şimdiye kadarki en hassas ölçümler.”
Ekip, bunun diğer dünyaların iç koşullarını incelemek için önemli etkileri olabileceğini söyledi. Güneş Sistemi dışındaki su bakımından zengin gezegenlerin bol miktarda Ice-VIIt’e sahip olabileceğini, hatta yaşamın ortaya çıkması için uygun koşulların şansını artırabileceğini söylediler.
Ekibin araştırması Physical Review B‘de yayınlandı.
Oğuzhan Saçkıran
