Смоделировано поведение соленой воды в мантии Земли

Ученые полагают, что в мантии Земли содержится столько же воды, сколько во всех океанах планеты, однако понять, как эта вода ведет себя, сложно. Вода в мантии существует при высоком давлении и повышенных температурах — экстремальных условиях, которые трудно воссоздать в лаборатории. Это означает, что многие ее физико-химические свойства, важные для понимания генерации магмы и углеродного цикла Земли, изучены не полностью. Более глубокое понимание этих условий помогло бы лучше оценить последствия углеродного цикла для изменения климата.

Группа под руководством профессоров Джулии Галли и Хуана де Пабло из Притцкеровской школы молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета и профессора Франсуа Джи из Калифорнийского университета в Дэвисе создала сложные компьютерные симуляции для изучения свойств соли в воде в условиях мантии. Объединив методы моделирования, разработанные тремя исследовательскими группами, и используя сложные коды, команда создала модель соленой воды на основе квантово-механических расчетов. С ее помощью ученые обнаружили ключевые молекулярные изменения по сравнению с нормальными условиями, которые могут иметь значение для понимания химических процессов глубоко под поверхностью Земли.

Моделирование показало ключевые изменения ион-водных и ион-ионных взаимодействий при экстремальных условиях (до 1000 K и давлении до 11 ГПа, что в 100 000 раз выше, чем на поверхности Земли). Эти взаимодействия влияют на поверхность свободной энергии соли в воде. В частности, исследователи выяснили, что диссоциация воды, происходящая из-за высокого давления и температуры, влияет на взаимодействие соли с водой и, как следствие, на то, как она должна взаимодействовать с поверхностями горных пород. Это фундаментально для понимания химических реакций в условиях мантии Земли.