Forskere ved University of Chicago har foretaget kvantesimuleringer for at simulere opførsel af vand under ekstreme forhold, der findes i jordens mantel. Forskernes artikel blev offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences. Det videnskabelige arbejde opsummeres i en pressemeddelelse om EurekAlert !.
Ved ultrahøj temperatur og tryk begynder vand at udvise anomale egenskaber, samtidig med at de er i forskellige faser. Det kan være flydende, når temperaturen på mediet er 10 gange højere end kogepunktet, og også kombinere tegnene på en væske og et fast stof.
Forskere har simuleret forhold ved hjælp af en supercomputer, hvilket øger temperaturen og trykket i det miljø, hvor vandmolekylerne er placeret, til værdier, der er henholdsvis 40 gange og 100 tusind gange højere end normale forhold. Det er umuligt at gennemføre et sådant eksperiment i et laboratorium, da vand begynder at komme ind i kemiske reaktioner med udstyrsmaterialet. For enkelheds skyld så forskerne kun på et lille antal H2O-molekyler ved at undersøge deres kvantetilstand under ekstreme forhold.
Forskere har vist, at ved en temperatur på 1000 Kelvin (726 grader celsius) og et tryk på 11-20 gigapascals (GPa), er vand i en flydende fase og dissocieres hurtigt til ioner, som straks rekombineres. Denne proces udføres ved hjælp af en bimolekylær mekanisme, når den kinetiske energi fra to molekyler er så høj, at de forfalder ved kollision. De resulterende kortlivede ioner spiller rollen som ladningsbærere, hvilket forklarer, hvorfor den elektriske ledningsevne af vand i et så ekstremt miljø er 6-7 størrelsesordener højere end under normale forhold. I dette tilfælde tilbageholdes hydrogenbindingerne mellem molekylerne, der tilvejebringer en flydende tilstand, mindst ved tryk op til 20 gigapascals.