Os cientistas estimam que o manto da Terra retém tanta água quanto todos os oceanos do planeta, mas entender como essa água se comporta é difícil. A água no manto existe sob alta pressão e em temperaturas elevadas, condições extremas que são desafiadoras para recriar em laboratório.

Isso significa que muitas de suas propriedades físicas e químicas - relevantes para a compreensão da produção de magma e do ciclo do carbono da Terra - não são totalmente compreendidas. Se os cientistas pudessem entender melhor essas condições, isso os ajudaria a entender melhor as consequências do ciclo do carbono para as mudanças climáticas.

Uma equipe liderada pela Prof. Giulia Galli e Prof. Juan de Pablo da Pritzker School of Molecular Engineering (PME) da University of Chicago e pelo Prof. Francois Gygi da University of California, Davis criou simulações de computador complexas para entender melhor as propriedades do sal na água sob as condições do manto.

Por meio de técnicas de simulação de acoplamento desenvolvidas pelos três grupos de pesquisa e usando códigos sofisticados, a equipe criou um modelo de água salgada com base em cálculos da mecânica quântica. Usando o modelo, os pesquisadores descobriram mudanças moleculares importantes em relação às condições ambientais que podem ter implicações na compreensão da química interessante que se encontra nas profundezas da superfície da Terra.

"Nossas simulações representam o primeiro estudo da energia livre de sais em água sob pressão, "Galli disse." Isso estabelece a base para entender a influência do sal presente na água em alta pressão e temperatura, como as condições do manto da Terra ". Os resultados foram publicados em 16 de junho na revista Nature Communications .

Importante nas interações fluido-rocha

Compreender o comportamento da água no manto é desafiador - não apenas porque é difícil medir suas propriedades experimentalmente, mas porque a química da água e da água salgada difere em tais temperaturas e pressões extremas (que incluem temperaturas de até 1000 K e pressões de até 11 GPa, 100, 000 vezes maior do que na superfície da Terra.)

Embora Galli tenha publicado anteriormente uma pesquisa sobre o comportamento da água em tais condições, ela e seus colaboradores do Centro Integrado de Materiais Computacionais do Meio-Oeste (MICCoM) agora estenderam suas simulações para sal na água, conseguindo prever propriedades muito mais complexas do que as estudadas anteriormente.

As simulações, realizado no Centro de Computação de Pesquisa da UChicago usando códigos otimizados com suporte do MICCoM, mostraram mudanças importantes nas interações íon-água e íon-íon em condições extremas. Essas interações iônicas afetam a superfície de energia livre do sal na água.

Especificamente, os pesquisadores descobriram que a dissociação da água que ocorre devido à alta pressão e temperatura influencia a forma como o sal interage com a água e, por sua vez, como se espera que ele interaja com as superfícies das rochas na superfície da Terra.

"Isso é fundamental para a compreensão das reações químicas nas condições do manto da Terra, "de Pablo disse.

"Em seguida, esperamos usar as mesmas técnicas de simulação para uma variedade de soluções, condições, e outros sais, "Gygi disse.