Жидкое, твердое и газообразное. О том, что вода может находиться в трех этих состояниях, знает каждый. Однако недавно ученые открыли и четвертую ее форму ― суперионную фазу. По своей структуре она напоминает лед. С тем отличием, что свое положение в узлах кристаллической решетки сохраняют только атомы кислорода, а атомы водорода циркулируют вокруг. Оказалось, что суперионный лед имеет неизвестную ранее модификацию, которая более стабильна и может присутствовать на планетах-гигантах.

Фазовая диаграмма воды довольно живописна: 15 различных фаз льда удалось наблюдать в лаборатории, существование еще 8 предсказано теоретически. Суперионная фаза напоминает одновременно и лед, и жидкую воду: атомы водорода в ней передаются от одного атома кислорода к другому, тогда как сами атомы кислорода упорядочены и образуют кристаллическую решетку. Суперионный лед обладает некоторой текучестью: слои атомов кислорода могут скользить друг относительно друга, а водород при этом играет роль «смазки».

Существование основной суперионной фазы льда (с ОЦК ― объемноцентрированной кубической решеткой) было предсказано в 1999 году. Новые исследования показали, что другая модификация ― с ГЦК (гранецентрированной кристаллической) решеткой будет более стабильна.

На иллюстрации слева: ОЦК решетка. Справа: ГЦК решетка. Цветовая шкала (от зеленого к красному) показывает вероятность нахождения атома водорода между узлами решетки, в которых зафиксированы атомы кислорода (показаны синим).

ГЦК-фаза может существовать при давлениях выше 1,0 Мбар, фазовый переход между ОЦК и ГЦК решетками будет происходить в области 1,0±0,5 Мбар. Моделирование показало, что ГЦК-фаза будет более плотной, чем ОЦК, а атомы водорода в ней будут менее подвижны. Это различие влияет на тепло- и электропроводность вещества.

На Земле, сообщает Popmech.ru, цитируя PhysOrg, нет условий для существования такой экзотической формы воды, но в недрах планет-гигантов Урана и Нептуна она вполне может оказаться весьма распространенным веществом, наряду с метаном и аммиаком ― давления и температуры там вполне подходящие.  Не исключено, что подобные условия существуют и на многих экзопланетах.