Luna glaciară a lui Jupiter. Credit imagine: NASA Faceți clic pentru a mări
Pe măsură ce oamenii de știință află mai multe despre Sistemul nostru Solar, au găsit gheață de apă în unele situații neobișnuite. Cercetătorii de la Laboratorul Național Lawrence Livermore au recreat acest tip de gheață în laboratorul lor; gheață care imită probabil condițiile de presiune, temperatură, stres și mărimea de cereale găsite pe aceste luni. Această gheață se poate strecura lent și se învârte în funcție de temperatura interioarelor lunilor.
Acea gheață de zi cu zi pe care o folosești pentru a-ți răcori paharul de limonadă i-a ajutat pe cercetători să înțeleagă mai bine structura internă a lunilor înghețate din îndepărtarea sistemului solar.
O echipă de cercetare a demonstrat un nou tip de „fluaj”, sau curgere, într-o formă de înaltă presiune de gheață, prin crearea într-un laborator a condițiilor de presiune, temperatură, stres și dimensiunea granulelor care îi imită pe cei din interiorul profund lunile înghețate.
Fazele de înaltă presiune ale gheții sunt componente majore ale lunilor uriașe de gheață ale sistemului solar exterior: Ganymede și Callisto de Jupiter, Titanul lui Saturn și Tritonul lui Neptun. Tritonul este aproximativ dimensiunea propriei noastre luni; ceilalți trei giganți au diametrul de aproximativ 1,5 ori mai mare. Teoria acceptată spune că majoritatea lunilor înghețate se condensau ca „bulgări de zăpadă” murdare din norul de praf din jurul soarelui (nebuloasa solară) acum aproximativ 4,5 miliarde de ani. Lunile au fost încălzite intern prin acest proces de accreționare și prin descompunerea radioactivă a fracției lor stâncoase.
Fluxul convectiv de gheață (la fel ca vârtejurile într-o ceașcă fierbinte de cafea) în interioarele lunilor înghețate și-au controlat evoluția ulterioară și structura actuală. Cu cât este mai slabă gheața, cu atât convecția este mai eficientă și interioarele sunt mai reci. În schimb, cu cât este mai puternică gheața, cu atât interioarele sunt mai calde și cu atât mai mare este posibilitatea să apară ceva ca un ocean interior lichid.
Noua cercetare dezvăluie într-una din fazele de înaltă presiune a gheții („gheața II”) un mecanism de fluaj care este afectat de dimensiunea cristalină sau „grăunte” a gheții. Această constatare implică un strat de gheață semnificativ mai slab în lunile decât s-a crezut anterior. Ice II apare prima dată la presiuni de aproximativ 2.000 de atmosfere, ceea ce corespunde unei adâncimi de aproximativ 70 km în cel mai mare dintre giganții înghețați. Stratul de gheață II are grosimea de aproximativ 100 km. Nivelurile de presiune din centrele lunilor gigante înghețate ajung în cele din urmă la echivalentul a 20.000 - 40.000 atmosfere Pământului.
Cercetătorii de la Laboratorul Național Lawrence Livermore (LLNL), Universitatea Kyushu din Japonia și Sondajul Geologic din S.U.A. au efectuat experimente de fluaj folosind un aparat de testare la temperaturi scăzute în Laboratorul de Geofizică Experimentală din LLNL. Apoi au observat și au măsurat dimensiunea granulei de gheață II folosind un microscop electronic cu scanare criogenică. Grupul a găsit un mecanism de fluaj care domină debitul la solicitări mai mici și dimensiuni mai fine de cereale. Experimente anterioare la eforturi mai mari și dimensiuni mai mari ale boabelor au activat mecanisme care nu depindeau de mărimea bobului.
Experțiștii au reușit să demonstreze că noul mecanism de fluiere era într-adevăr legat de dimensiunea boabelor de gheață, ceva care anterior fusese examinat doar teoretic.
Dar măsurarea nu a fost ușoară. În primul rând, au trebuit să creeze gheață II cu o mărime de cereale foarte fine (mai puțin de 10 micrometri, sau o zecime din grosimea unui păr uman). O tehnică de ciclare rapidă a presiunii peste și sub 2.000 de atmosfere a făcut în cele din urmă trucul. În plus, echipa a menținut o presiune extrem de constantă de 2.000 de atmosfere în interiorul aparatului de testare pentru a efectua un experiment de deformare la stres scăzut timp de câteva săptămâni. În cele din urmă, pentru a delimita boabele de gheață II și a le face vizibile în microscopul electronic de scanare, echipa a dezvoltat o metodă de marcare a granițelor granulei cu forma comună de gheață („gheață I”), care a apărut diferită de gheața II la microscop . Odată identificate granițele, echipa ar putea măsura dimensiunea granulelor de gheață II.
„Aceste rezultate noi arată că vâscozitatea unei mante înghețate este mult mai mică decât ne-am gândit anterior”, a declarat William Durham, geofizician în Direcția Energie și Mediu a Livermore.
Durham a spus că comportamentul de înaltă calitate al aparatului de test la presiunea de 2.000 de atmosfere, colaborarea cu Tomoaki Kubo de la Universitatea Kyushu și succesul în depășirea provocărilor tehnice serioase făcute pentru un experiment fortuit.
Folosind noile rezultate, cercetătorii concluzionează că este probabil ca gheața să se deformeze prin mecanismul de fluaj sensibil la mărimea cerealelor în interiorul lunilor de gheață atunci când boabele au o dimensiune de până la un centimetru.
"Acest nou mecanism de fluiere descoperit ne va schimba gândirea despre evoluția termică și dinamica internă a lunilor de dimensiuni medii și mari ale planetelor exterioare din sistemul nostru solar", a spus Durham. „Evoluția termică a acestor luni ne poate ajuta să explicăm ce se întâmpla în sistemul solar timpuriu.”
Cercetarea apare în numărul din 3 martie al revistei Science.
Fondat în 1952, Laboratorul Național Lawrence Livermore are misiunea de a asigura securitatea națională și de a aplica știința și tehnologia la problemele importante ale timpului nostru. Laboratorul național Lawrence Livermore este gestionat de Universitatea din California pentru Administrația Națională de Securitate Nucleară a Departamentului pentru Energie din SUA.
Sursa originală: Comunicat de presă LLNL
