Новости химической науки > В недрах Земли может существовать сверхвода

Земля – единственная известная планета, в которой в больших количествах содержится вода, причем в трех агрегатных состояниях. Повсюду на Земле химическое соединение – вода демонстрирует очень необычные свойства, которые становятся особенно явными, при воздействии высокого давления и высоких температур.

Группа ученых из Германии, Финляндии и Франции выяснила, что происходит с водой, когда она подвергается воздействию температур и давлений, аналогичных обнаруженным в глубинах Земли. При давлениях свыше 22 МПа и температурах выше 374°С, выше критической точки, вода превращается в очень агрессивный растворитель. Это явление является ключевым для физической химии мантии Земли и земной коры.

Внутреннее строение Земли. (Рисунок: © J. Louie)

Макс Вильке (Max Wilke) из Немецкого центра геологических исследований (GFZ), проводивший эксперименты вместе с Кристианом Шмидтом (Dr. Christian Schmidt) и группой ученых из Технического университета Дортмунда отмечает, что без воды в недрах Земли не было бы ни геологического круговорота, ни тектонических процессов. Но то, как вода влияет на процессы, происходящие в верхней мантии Земли и земной коре, все еще остается предметом интенсивного изучения. Чтобы раскрыть эту загадку, научно-исследовательская группа решила исследовать воду в лаборатории.

Первоначально с помощью метода рентгеновского комбинационного рассеяния изучалась микроструктура воды, как функция давления и температуры. С этой целью использовались камеры высокого давления с алмазными наковальнями. Внутрь камеры помещался очень маленький образец воды, его нагревали и устанавливали высокие значения температуры и давления. Анализ полученных экспериментальных данных производился методом моделирования молекулярной динамики, разработанных учеными из группы Сандро Йана (Sandro Jahn, центр GFZ).

Макс Вильке разъясняет, что в соответствии с исследованиями, в сверхкритических условиях структура воды непрерывно изменяется от упорядоченной полимеризованной структуры до разупорядоченной, содержащей незначительное количество водородно-связанных ассоциатов. Информация об этих структурных свойствах воды, реализующихся в глубине земли, является фундаментом для понимания химических распределительных процессов, происходящих во время метаморфических и магматических процессов.

Результаты исследования предоставляют более эффективную оценку поведения воды в экстремальных условиях во время протекания геохимических и геологических процессов. Исследователи предполагают, что уникальные свойства сверхкритической воды также контролируют поведение магмы.

Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013; DOI: 10.1073/pnas.1220301110

метки статьи: #геохимия, #сверхкритические жидкости, #физическая химия