科学家们估计，地球的地幔所含的水相当于地球上所有海洋的水量，但要了解这些水是如何运动的却很困难。地幔中的水存在于高压和高温下，这种极端条件很难在实验室中重现。
这意味着它的许多物理和化学性质——与理解岩浆的产生和地球的碳循环有关——还没有被完全理解。如果科学家能更好地了解这些情况，就会帮助他们更好地了解碳循环对气候变化的影响。
一个由教授领导的团队。芝加哥大学普利兹克分子工程学院的朱利亚·加利和胡安·德·帕布罗，以及加州大学的计算机科学家弗朗索瓦·吉吉，戴维斯创造了复杂的计算机模拟，以更好地了解水在地幔条件下的盐的性质。
通过这三个研究小组开发的耦合模拟技术，并使用复杂的代码，该团队创建了一个基于量子力学计算的盐水模型。利用这个模型，研究人员发现了与环境条件相关的关键分子变化，这些变化可能对理解深埋在地球表面下的有趣的化学物质有影响。
“我们的模拟是第一次研究压力下盐在水中的自由能，”加利说，他是一位理论家，用计算模型来计算分子和材料的行为。这为了解海水中盐在高压和高温下的影响奠定了基础，比如地幔的条件。研究结果发表在6月16日的《自然通讯》杂志上。
了解地幔水的行为是challenging-not只是因为很难衡量其性能实验,但由于化学水和盐水不同在这样极端的温度和压力(包括温度1000 k和压力高达11 GPa,在地球表面的100000倍)。
尽管Galli之前发表了关于水在这种条件下的行为的研究，她和她在中西部计算材料综合中心(MICCoM)的合作者现在已经将他们的模拟扩展到水中的盐，能够预测比以前研究的更复杂的性质。
在芝加哥大学研究计算中心使用由MICCoM支持的优化代码进行的模拟显示了极端条件下离子-水和离子-离子相互作用的关键变化。这些离子相互作用影响了盐在水中表面的自由能。
具体来说，研究人员发现，高压和高温导致的水的分离会影响盐与水的相互作用，进而影响它与地球表面岩石表面的相互作用。
“这是理解地幔条件下的化学反应的基础，”de Pablo说，他开发了分子模型和分子和大规模现象的高级计算机模拟。
“接下来，我们希望对各种溶液、条件和其他盐类使用相同的模拟技术，”吉吉说。
论文的其他作者包括北京大学的张存志;芝加哥大学博士后研究员Federico Giberti;还有芝加哥大学的研究生埃姆雷·塞夫根。
引用:“压力下盐在水中的解离”，Zhang等人，《自然通讯》，2020年6月16日。DOI: http://10.1038/s41467 – 020 – 16704 – 9
资助:能源部
-这个故事最初是由普利兹克分子工程学院发表的。