В статьях о телах Солнечной системы и экзопланетах достаточно часто упоминаются экзотические фазы льда. Из льда, обычного, водяного, но имеющего высокую плотность и не тающего при температуре магмы, — и сразу из нескольких его форм, — состоят в значительной мере спутники планет гигантов. Так что, есть смысл подробнее рассказать о том, каким бывает водяной лёд.
Для начала, лёд бывает аморфным, стекловидным. Подобная форма возникает при быстром замерзании пара в вакууме, и встречается — замечена, по крайне мере, — только на одной из малых планет пояса Койпера — Кваваре. Однако, аморфный лёд не стабилен и очень легко переходит в другие формы. Как правило, в обычный лёд Ih. Это «земной» или «тёплый» лёд с гексагональной кристаллической решёткой.
Кубическая модификация льда — лёд Ic — также не считается «экзотической», поскольку встречается на Земле в верхних слоях атмосферы. Это «холодный» лёд, образующийся при температуре ниже -133 градусов Цельсия (или 140 Кельвинов). Представляет он собой очень твёрдое и хрупкое вещество плотностью 0.92 грамма на кубический сантиметр. На внешних космических телах «холодный» лёд, обычно, выполняет функции горных пород. Отсутствие свойственной тёплому льду текучести и высокая прочность (кристаллическая решётка, как у алмаза) в сочетании с низкой плотностью, позволяет строить из него горы.
Экзотическим же считается лёд II — тригональная фаза с плотностью 1.16 грамм на кубический сантиметр. Образоваться он может лишь при температуре минус 63 градуса и давлении 300 МПа. Которое на Земле достигалось бы при толщине ледника свыше 30 километров. Однако, при температуре ниже 173 градусов (100 К) стабильность сохраняет даже при давлении в 1 атмосферу. Что позволяет льду II образовывать верхний слой мантии холодных тел.
...До тех пор, пока недра их остаются достаточно холодными. При нагреве же и давлении выше 350 МПа лёд II переходит в тетрагональный лёд III. Плотностью данные фазы не отличаются. В свою очередь, с ростом давления до 500 МПа (что на Земле достигалось бы при толщине ледника 50 км или камня 25 километров) и температуре не выше -20 по Цельсию лёд III переходит в моноклинную модификацию — лёд V, с плотностью уже 1.24 г/см3.
В строении ледяных тел экзотические льды фаз со II по V, сменяя друг друга по мере возрастания глубины, образуют ледяную мантию. При этом, не считая более высокой плотности, их ещё можно считать аналогами обычного «тёплого» льда по механическим свойствам. Это умеренно текучие материалы.
Но при давлении 600 МПа (эквивалент погружения в земную кору на 30 километров) образуется первая «горячая» модификация льда — лёд VI. Горячая, ибо этот лёд — с тетрагональной решёткой и плотностью 1.31 г/см3 при нуле градусов уже не тает, выдерживая нагрев до 100 градусов Цельсия.
При указанных выше условиях лёд VI не тает, ибо это означало бы увеличение объёма, а высокотемпературные модификации льда, это уже просто вода, вынужденная к кристаллизации и уплотнению давлением. Так что, при давлении свыше 2200 МПа (100 км), не выдержав издевательств, вода сжимается до плотности 1.65 грамма на кубический сантиметр. Это «кубический» лёд VII с взаимопроникающими водородными решётками. Выдерживает он уже температуру до 1000 К.
...Можно заметить, что в перечне был пропущен лёд IV, но речь не о всех фазах водяного льда, которых насчитывается 19, а лишь об встречающихся в составе небесных тел. По этой причине следующей за льдом VII и последней формой оказывается лёд X, образующийся при давлении 70 Гигапаскалей (что соответствует условиям нижней мантии на глубине 300 километров на Земле) и имеющий плотность 2.51 г/см3.
Встречаться лёд X может в составе ледяных гигантов и планет-океанов, но луны для него слишком легки. Это суперионный лёд… И вообще уже не лёд по сути. Ибо вода теряет молекулярный характер. Водород и кислород образуют смесь, но структурно не связаны, и в кубическую решётку выстроен только кислород. Данная форма льда к температуре уже не чувствительна.
...И, кстати, на Земле суперионный лёд недавно был обнаружен в качестве включений в глубинных алмазах.