Naukowcy z University of Chicago przeprowadzili symulacje kwantowe, aby zasymulować zachowanie wody w ekstremalnych warunkach występujących w płaszczu Ziemi. Artykuł badaczy został opublikowany w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences. Podsumowanie prac naukowych znajduje się w komunikacie prasowym na portalu EurekAlert!
W bardzo wysokiej temperaturze i ciśnieniu woda zaczyna wykazywać anomalne właściwości, będąc jednocześnie w różnych fazach. Może być ciekły, gdy temperatura medium jest 10 razy wyższa niż temperatura wrzenia, a także łączyć oznaki cieczy i ciała stałego.
Naukowcy przeprowadzili symulację warunków za pomocą superkomputera, zwiększając temperaturę i ciśnienie środowiska, w którym znajdują się cząsteczki wody, do wartości, które są odpowiednio 40 razy i 100 tysięcy razy wyższe niż normalne warunki. Niemożliwe jest przeprowadzenie takiego eksperymentu w laboratorium, ponieważ woda zaczyna wchodzić w reakcje chemiczne z materiałem urządzenia. Dla uproszczenia naukowcy przyjrzeli się tylko niewielkiej liczbie cząsteczek H2O, badając ich stany kwantowe w ekstremalnych warunkach.
Naukowcy wykazali, że w temperaturze 1000 kelwinów (726 stopni Celsjusza) i ciśnieniu 11-20 gigapaskali (GPa) woda jest w fazie ciekłej i szybko dysocjuje na jony, które natychmiast rekombinują. Proces ten odbywa się za pomocą mechanizmu bimolekularnego, kiedy energia kinetyczna dwóch cząsteczek jest tak duża, że ulegają rozpadowi podczas zderzenia. Powstałe krótkotrwałe jony pełnią rolę nośników ładunku, co wyjaśnia, dlaczego przewodnictwo elektryczne wody w tak ekstremalnym środowisku jest o 6-7 rzędów wielkości wyższe niż w normalnych warunkach. W tym przypadku wiązania wodorowe między cząsteczkami, zapewniające stan ciekły, są utrzymywane przynajmniej przy ciśnieniu do 20 gigapaskali.