Los científicos estiman que el manto de la Tierra contiene tanta agua como todos los océanos del planeta, pero entender cómo se comporta esta agua es difícil. El agua en el manto existe a alta presión y a temperaturas elevadas, condiciones extremas que son difíciles de recrear en el laboratorio.

Eso significa que muchas de sus propiedades físicas y químicas, relevantes para comprender la producción de magma y el ciclo del carbono de la Tierra, no se comprenden completamente. Si los científicos pudieran comprender mejor estas condiciones, les ayudaría a comprender mejor las consecuencias del ciclo del carbono para el cambio climático.

Un equipo dirigido por la profesora Giulia Galli y el profesor Juan de Pablo de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker (PME) de la Universidad de Chicago y el profesor Francois Gygi de la Universidad de California, Davis ha creado complejas simulaciones por computadora para comprender mejor las propiedades de la sal en el agua en condiciones de manto.

Combinando técnicas de simulación desarrolladas por los tres grupos de investigación y utilizando códigos sofisticados, el equipo ha creado un modelo de agua salada basado en cálculos mecánicos cuánticos. Usando el modelo, Los investigadores descubrieron cambios moleculares clave en relación con las condiciones ambientales que podrían tener implicaciones en la comprensión de la interesante química que se encuentra en las profundidades de la superficie de la Tierra.

"Nuestras simulaciones representan el primer estudio de la energía libre de las sales en el agua a presión, "Dijo Galli." Eso sienta las bases para comprender la influencia de la sal presente en el agua a alta presión y temperatura, como las condiciones del manto de la Tierra ". Los resultados se publicaron el 16 de junio en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Importante en las interacciones fluido-roca

Comprender el comportamiento del agua en el manto es un desafío, no solo porque es difícil medir sus propiedades experimentalmente, pero debido a que la química del agua y el agua salada difiere a temperaturas y presiones tan extremas (que incluyen temperaturas de hasta 1000 K y presiones de hasta 11 GPa, 100, 000 veces mayor que en la superficie de la Tierra).

Si bien Galli publicó anteriormente una investigación sobre el comportamiento del agua en tales condiciones, ella y sus colaboradores en el Midwest Integrated Center for Computational Materials (MICCoM) ahora han extendido sus simulaciones a la sal en el agua, logrando predecir propiedades mucho más complejas que las estudiadas anteriormente.

Las simulaciones, realizado en el Centro de Computación de Investigación de UChicago utilizando códigos optimizados compatibles con MICCoM, mostró cambios clave en las interacciones ion-agua e ion-ion en condiciones extremas. Estas interacciones de iones afectan la superficie de energía libre de la sal en el agua.

Específicamente, Los investigadores encontraron que la disociación del agua que ocurre debido a la alta presión y temperatura influye en cómo la sal interactúa con el agua y, a su vez, en cómo se espera que interactúe con las superficies de las rocas en la superficie de la Tierra.

"Esto es fundamental para comprender las reacciones químicas en las condiciones del manto de la Tierra, "dijo de Pablo.

"A continuación, esperamos utilizar las mismas técnicas de simulación para una variedad de soluciones, condiciones, y otras sales, "Dijo Gygi.