Wetenschappers van de Universiteit van Chicago hebben kwantumsimulaties uitgevoerd om het gedrag van water onder extreme omstandigheden in de aardmantel te simuleren. Het artikel van de onderzoekers is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences. Het wetenschappelijke werk wordt samengevat in een persbericht over EurekAlert!.
Bij ultrahoge temperatuur en druk begint water abnormale eigenschappen te vertonen, omdat het zich tegelijkertijd in verschillende fasen bevindt. Het kan vloeibaar zijn als de temperatuur van het medium 10 keer hoger is dan het kookpunt, en ook de tekenen van een vloeistof en een vaste stof combineren.
Wetenschappers simuleerden omstandigheden met behulp van een supercomputer, waarbij de temperatuur en druk van de omgeving waarin watermoleculen zich bevinden, werden verhoogd tot waarden die respectievelijk 40 keer en 100 duizend keer hoger zijn dan normale omstandigheden. Het is onmogelijk om een dergelijk experiment in een laboratorium uit te voeren, omdat water chemische reacties begint te vertonen met het materiaal van de apparatuur. Voor de eenvoud keken de onderzoekers naar slechts een klein aantal H2O-moleculen door hun kwantumtoestanden onder extreme omstandigheden te onderzoeken.
Onderzoekers hebben aangetoond dat bij een temperatuur van 1000 Kelvin (726 graden Celsius) en een druk van 11-20 gigapascal (GPa), water zich in een vloeibare fase bevindt en snel dissocieert in ionen, die onmiddellijk recombineren. Dit proces wordt uitgevoerd met behulp van een bimoleculair mechanisme, wanneer de kinetische energie van twee moleculen zo hoog is dat ze vervallen bij een botsing. De resulterende kortlevende ionen spelen de rol van ladingsdragers, wat verklaart waarom de elektrische geleidbaarheid van water in zo'n extreme omgeving 6-7 ordes van grootte hoger is dan onder normale omstandigheden. In dit geval worden de waterstofbruggen tussen de moleculen, waardoor een vloeibare toestand ontstaat, behouden bij ten minste drukken tot 20 gigapascal.
