Strukturelle Übergänge in amorphem Wasser-Eis und astrophysikalische Implikationen

Die hochauflösende Elektronenbeugung wird verwendet, um strukturelle Änderungen von dampfablatiertem Wasser-Eis im Vakuum während der Erwärmung von 15 bis 188 K zu überwachen. Eine Fortschreitung von drei amorphen Formen von Wasser-Eis wird mit klar definierten Übergängen festgestellt. Die Bildung einer hochdichten amorphen Form (Iah) bei 15 K wird bestätigt, und der Übergang zur vertrauteren niederdichten Form (Ial) erfolgt allmählich im Bereich von 38 bis 68 K. Bei 131 K verwandelt sich das Eis in eine dritte amorphe Form (Iar), die der Kristallisation von kubischem Eis (Ic) vorausgeht und metastabil mit Ic von 148 K bis mindestens 188 K koexistiert. Diese strukturellen Transformationen von amorphem Wasser-Eis können verwendet werden, um bisher anomal erscheinende Eigenschaften von astrophysikalischen ices zu erklären. Der strukturelle Übergang von Iah zu Ial ist verantwortlich für die Diffusion und Rekombination von Radikalen in ultraviolett-photolysierten interstellaren Eiscapseln bei niedrigen Temperaturen. Das Auftreten und die Persistenz von Iar erklären anomale Gasretention und Gasfreisetzung aus wasserreichen Ices bei Temperaturen über 150 K.