在冰行星表面之下的深處發生了什麼？是否有液態水？如果有，它是如何與行星的岩石”海底”互動的？新的實驗表明，在尺寸介於我們地球和高達六倍的水冰行星上，水有選擇地從典型的岩石礦物中浸出鎂。在實驗室中，科學家重現了壓力為十萬個大氣壓、溫度高於一千攝氏度的條件，實驗還模擬了類似的行星，但比海王星和天王星小。

地球表面的水-岩石相互作用的機制是眾所周知的，而我們和其他地球行星的內部深處的液態水的複雜循環的圖景也在不斷改善。然而，我們不知道在熾熱密集和水冰行星的深層岩石殼之間的界面上發生了什麼，其壓力和溫度均比地球上最深的海洋底部高幾個數量級。在太陽系中，海王星和天王星被歸類為冰巨人；它們有一個厚厚的外部水冰層，並被深層岩石層所覆蓋，界面上的溫度是否高到足以形成液態水，目前仍在討論之中。

一個由韓國首爾延世大學的Taehyun Kim領導的國際研究小組，包括來自亞利桑那大學、DESY、阿貢國家實驗室的科學家，以及GFZ德國地球科學研究中心的Sergio Speziale，在PETRA III（漢堡）和高級光子源（美國阿貢）進行了一系列具有挑戰性的實驗。表明在20至40千兆帕（GPa）的壓力下，水如何從某些礦物，即鐵橄欖石（Mg,Fe）O和橄欖石（Mg,Fe）2SiO4中強烈浸出氧化鎂（MgO）。這相當於地球上大氣壓力的20萬至40萬倍，溫度高於1500K（∼1230℃），這些條件存在於海王星以下級別的水行星的深海和岩質地幔之間的界面當中。

這些發現為海王星和天王星等大型冰凍行星的熱歷史打開了新的局面，這項研究的結果發表在科學雜誌《自然天文學》上。

鐵橄欖石或橄欖石粉末的微小顆粒與水一起被裝入一個在金屬箔上鑽出的微小樣品室（直徑不到一毫米），並使用鑽石砧板（DAC）在兩個的鑽石模塊之間進行擠壓。樣品通過紅外激光照射鑽石砧板而被加熱，同步輻射X射線衍射被用來確定礦物的轉化和與水反應所引起的破裂。

在整個加熱和淬火過程中，觀察到來自起始礦物的衍射信號突然減少，並出現了包括布魯克石（氫氧化鎂）在內的新固相。Sergio Speziale解釋說。”這證明了化學反應的開始和鐵橄欖石和橄欖石的氧化鎂成分的溶解；在20至40千兆帕和1250至2000開爾文的特定壓力-溫度範圍內，溶解性最強。”

反應過程的細節以及隨之而來的氧化鎂與殘餘相的化學分離，通過對回收的樣品進行徹底的掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線光譜分析得到證實。Sergio Speziale說：”在這些極端的壓力和溫度下，氧化鎂在水中的溶解度達到了與環境條件下的鹽類似的水平。”

科學家們得出結論，在水層和下層岩石地幔之間的界面上，氧化鎂的密集溶解可能會在具有適當大小和成分的富水亞海王星外行星（如TRAPPIST-1f）中出現，並在行星曆史的早期熱階段產生化學梯度。這些梯度與行星海底的氧化鎂的不同分佈可能在其漫長的冷卻演化過程中被部分保留下來。在行星吸積過程中，水和岩石物質之間最初相對較淺的相互作用的痕跡也可以在天王星那樣大的冰質行星上保存數十億年。