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    Un mejor modelo de agua en condiciones extremas podría ayudar a comprender el manto de la Tierra

    El agua sometida a presiones y temperaturas extremas muestra propiedades extrañas, que fueron modelados por científicos de la Universidad de Chicago. Crédito:Peter Allen

    En lo profundo de la Tierra existen bolsas de agua, pero el líquido no es como el agua de la superficie.

    Cuando se expone a temperaturas y presiones inimaginables, el agua exhibe todo tipo de fases y propiedades extrañas, de permanecer líquido a temperaturas 10 veces superiores al punto de ebullición a existir como líquido y sólido al mismo tiempo.

    Este extraño mundo aún no se comprende del todo, 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 medidas computacionales, publicado el 18 de junio en el procedimientos 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, estudiante de posgrado 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 del magma, agua y otros fluidos al campo magnético de todo el planeta ".

    Bajo las condiciones consideradas en el estudio, más de 40 veces más calientes que nuestras condiciones diarias y 100, 000 veces mayor que la presión atmosférica:el agua se rompe y vuelve a formar sus propios enlaces químicos. El resultado es que puede interactuar de 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 de probar experimentalmente, ya que el agua puede reaccionar con el propio instrumento. "Es sorprendente lo poco que sabemos sobre el agua debajo de la corteza, "dijo la autora principal Giulia Galli, el Profesor de Ingeniería Molecular de la Familia Liew y profesor de química en UChicago y científico senior en el Laboratorio Nacional 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 los científicos quisieran saber exactamente cómo se comporta para comprender su función en la Tierra y cómo se mueve a través del manto.

    El grupo de Galli construyó un modelo realizando simulaciones de mecánica cuántica de un pequeño conjunto de moléculas de agua a presiones y temperaturas extremadamente altas, en el rango de lo que se 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 asociarse.

    También predice y analiza un controvertido conjunto de medidas llamadas firmas vibratorias espectroscópicas del agua, o huellas dactilares del movimiento molecular que muestran cómo las moléculas interactúan y se mueven.

    Además de ampliar la comprensión de nuestro propio planeta, Galli dijo:"La capacidad de hacer el tipo de simulaciones que se realizan en nuestro artículo podría tener importantes consecuencias en el modelado de exoplanetas". Muchos científicos incluidos los de UChicago, están reduciendo las condiciones para planetas 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, el Profesor Crown Family de Ingeniería Molecular. El equipo busca comprender lo físico, manifestaciones químicas y biológicas del agua, y desarrollar aplicaciones a partir de filtros de purificación innovadores, a nuevos materiales para la desalación y la recolección de iones de litio, a nuevos catalizadores para la química y desinfección del agua.

    Si bien el agua está en todas partes y es muy importante para nosotros, Galli dijo:es notoriamente difícil de simular y estudiar:"Este es un paso en el largo camino hacia la comprensión".

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