El interior de Neptuno, Urano e incluso la Tierra podrían contener hielo sólido

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Visualización de Eric Schwegler/LLNL. Instantánea de la simulación molecular del primer principio de hielo VII (a la derecha) en contacto con agua líquida (a la izquierda). Conforme progresa la simulación, la posición del interfaz sólido-líquido puede ser monitorizado y usada para determinar con precisión la localización de la temperatura de fusión del agua bajo condiciones de presión.

A través de simulaciones dinámicas del primer principio molecular, científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, junto con colaboradores de la Universidad de California en Davis, usaron una aproximación en dos fases para determinar la temperatura de fusión de hielo VII (una fase del hielo a alta presión) en presiones entre las 100 000 y 500 000 atmósferas.

Para presiones entre las 100 000 y 400 000 atmósferas, el equipo, liderado por Eric Schwegler, encontró que el hielo se funden como un sólido molecular (similar a cómo se funde el hielo en una bebida fría). Pero a presiones por encima de las 450 000 atmósferas, existe un pronunciado incremento en la pendiente de la curva de fusión debido a la disociación molecular y la difusión de protones en el sólido, anterior a la fusión, lo cual se conoce normalmente como fase sólida superiónica.

Instantáneas representativas de simulaciones en dos fases de agua a presiones de 50 GPa (500 000 atmósferas de presión). Las coordenadas corresponden a: a) La configuración inicial de salida a 2000 K, b) la configuración final a 2000 K, y c) la configuración final a 2250 K.

“La pronunciado incremento en la pendiente de las curvas de fusión abre la posibilidad de que exista agua sólida en el interior de planetas como Neptuno, Urano y la Tierra”, dijo Schwegler.

Determinar la curva de fusión del agua es importante para muchos campos de la ciencia, incluyendo la física, química y ciencias planetarias.

Se ha propuesto que las zonas de subducción frías en la Tierra es probable que se corten con la curva de fusión de alta presión del agua, lo cual tendría profundas implicaciones para la composición y transporte de materiales en el interior así como la evolución a largo plazo del planeta conforme se enfría.

La nueva investigación fija la curva de fusión a presiones extremadamente elevadas (de 350 000 a 450 000 atmósferas de presión), similares a las que se encuentran en el interior de Neptuno, Urano y la Tierra.

A mayores presiones, el equipo encontró que la el inicio de la disociación molecular y la difusión de protones tiene lugar gradualmente y guarda muchas similitudes con un sólido superiónico de tipo-II, tal como el fluoruro de plomo.

“Para determinar con precisión la temperatura de fusión del agua, usamos un método en dos fases diseñado para evitar el gran supercalentamiento y los efectos de enfriado a menudo presentes en las aproximaciones de calentamiento hasta la fusión o de exprimir hasta la congelación de única fase”, dijo Schwegler.


Fecha Original: 24 de septiembre de 2008
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