En lo profundo de la Tierra existen bolsas de agua, pero el líquido allí no es como el agua en la superficie.
Cuando se expone a temperaturas y presiones inimaginablemente altas, el agua exhibe todo tipo de fases y propiedades extrañas, desde permanecer líquido a temperaturas 10 veces más altas que el punto de ebullición hasta existir como líquido y sólido al mismo tiempo.
Este extraño mundo aún no se comprende completamente, pero un equipo de científicos de la Universidad de Chicago realizó simulaciones cuánticas para desarrollar un nuevo modelo del comportamiento del agua a temperaturas y presiones extremadamente altas. Las mediciones computacionales, publicadas el 18 de junio en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , debería ayudar a los científicos a comprender el papel del agua en la composición del manto y potencialmente en otros planetas.
"La física sutil a nivel molecular puede afectar las propiedades de la materia en el interior de los planetas", dijo Viktor Rozsa, un estudiante graduado de UChicago y primer autor del artículo. "La forma en que el agua reacciona y transporta la carga a escala molecular afecta nuestra comprensión de los fenómenos".que van desde el movimiento de magma, agua y otros fluidos hasta el campo magnético de todo el planeta ".
Bajo las condiciones consideradas en el estudio, más de 40 veces más caliente que nuestras condiciones cotidianas y 100,000 veces mayor que la presión atmosférica, el agua se desgarra regularmente y forma sus propios enlaces químicos. El resultado es que puede interactuarde manera muy diferente con otros minerales que en la superficie de la tierra.
Los científicos han estado tratando de precisar exactamente cómo interactúan estos átomos durante décadas: es extremadamente difícil realizar pruebas experimentales, ya que el agua puede reaccionar con el instrumento en sí. "Es sorprendente lo poco que sabemos sobre el agua debajo de la corteza", dijo el autor principalGiulia Galli, profesora de ingeniería molecular de la familia Liew y profesora de química en UChicago y científica sénior en el Laboratorio Nacional de Argonne.
Pero el agua en estas condiciones existe en todo el manto, es posible que haya más agua distribuida dentro de la Tierra que en los océanos, y a los científicos les gustaría saber exactamente cómo se comporta para comprender su papel en elTierra y cómo se mueve a través del manto.
El grupo de Galli construyó un modelo realizando simulaciones mecánicas cuánticas de un pequeño conjunto de moléculas de agua a presiones y temperaturas extremadamente altas, en el rango de lo que necesita para sintetizar un diamante.
Su modelo, construido con la ayuda de simulaciones realizadas en el Research Computing Center en UChicago, proporciona una explicación de algunas de las propiedades más misteriosas del agua a tales presiones, como la conexión entre una conductividad extrañamente alta y cómo sus moléculas se disocian y vuelven a asociarseasociar.
También predice y analiza un conjunto controvertido de mediciones llamadas firmas espectroscópicas vibracionales del agua, o huellas digitales de movimiento molecular que establecen cómo las moléculas interactúan y se mueven.
Además de aumentar la comprensión de nuestro propio planeta, Galli dijo que "la capacidad de hacer el tipo de simulaciones realizadas en nuestro documento podría tener consecuencias importantes en el modelado de exoplanetas". Muchos científicos, incluidos los de UChicago, están reduciendo las condiciones paraplanetas distantes que podrían tener las condiciones para crear vida, y gran parte de esta búsqueda gira en torno al agua.
Galli es miembro del equipo de investigación en el tema del agua del Instituto de Ingeniería Molecular, dirigido por James Skinner, Profesor de Ingeniería Molecular de la Familia Crown. El equipo busca comprender las manifestaciones físicas, químicas y biológicas del agua, y desarrollaraplicaciones desde filtros de purificación innovadores, hasta nuevos materiales para desalinización y recolección de iones de litio, hasta nuevos catalizadores para la química y desinfección del agua.
Si bien el agua está en todas partes y es muy importante para nosotros, dijo Galli, es muy difícil simular y estudiar: "Este es un paso en el largo viaje hacia la comprensión".
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Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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