Forskere ved University of Chicago har gjennomført kvantesimuleringer for å simulere atferden til vann under ekstreme forhold som finnes i jordens mantel. Forskernes artikkel ble publisert i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences. Det vitenskapelige arbeidet er oppsummert i en pressemelding om EurekAlert !.
Ved ultrahøy temperatur og trykk begynner vann å utvise anomale egenskaper, samtidig som de er i forskjellige faser. Det kan være flytende når temperaturen på mediet er 10 ganger høyere enn kokepunktet, og også kombinere tegnene på en væske og et fast stoff.
Forskere simulerte forhold ved bruk av en superdatamaskin, og økte temperaturen og trykket i miljøet som vannmolekyler befinner seg i, til verdier som er henholdsvis 40 ganger og 100 tusen ganger høyere enn normale forhold. Det er umulig å gjennomføre et slikt eksperiment på et laboratorium, siden vann begynner å komme inn i kjemiske reaksjoner med utstyrsmaterialet. For enkelhets skyld så forskerne bare på et lite antall H2O-molekyler ved å undersøke kvantetilstandene deres under ekstreme forhold.
Forskere har vist at ved en temperatur på 1000 Kelvin (726 grader celsius) og et trykk på 11-20 gigapascals (GPa), er vann i en flytende fase og dissosieres raskt til ioner, som umiddelbart rekombinerer. Denne prosessen utføres ved hjelp av en bimolekylær mekanisme, når den kinetiske energien til to molekyler er så høy at de forfaller ved kollisjon. De resulterende kortreiste ioner spiller rollen som ladningsbærere, noe som forklarer hvorfor den elektriske ledningsevnen til vann i et så ekstremt miljø er 6-7 størrelsesordener høyere enn under normale forhold. I dette tilfellet blir hydrogenbindingene mellom molekylene, som gir en flytende tilstand, beholdt minst ved trykk opptil 20 gigapascal.
