Vedci z Chicagskej univerzity uskutočnili kvantové simulácie na simuláciu správania sa vody v extrémnych podmienkach nachádzajúcich sa v zemskom plášti. Vedecký článok bol publikovaný v časopise Zborník Národnej akadémie vied. Vedecká práca je zhrnutá v tlačovej správe o EurekAlert !.
Pri extrémne vysokej teplote a tlaku začína voda vykazovať anomálne vlastnosti, pričom je súčasne v rôznych fázach. Môže byť kvapalný, keď je teplota média 10-krát vyššia ako teplota varu, a tiež kombinuje znaky kvapaliny a tuhej látky.
Vedci simulovali podmienky pomocou superpočítača, čím zvyšovali teplotu a tlak prostredia, v ktorom sa nachádzajú molekuly vody, na hodnoty, ktoré sú 40-krát a 100 tisíc-krát vyššie ako normálne podmienky. Nie je možné uskutočniť takýto experiment v laboratóriu, pretože voda začína vstupovať do chemických reakcií s materiálom zariadenia. Pre jednoduchosť vedci skúmali iba malý počet molekúl H2O skúmaním ich kvantových stavov v extrémnych podmienkach.
Vedci ukázali, že pri teplote 1000 kelvinov (726 stupňov Celzia) a tlaku 11 - 20 gigapascalov (GPa) je voda v kvapalnej fáze a rýchlo sa disociuje na ióny, ktoré okamžite rekombinujú. Tento proces sa uskutočňuje pomocou bimolekulárneho mechanizmu, keď je kinetická energia dvoch molekúl taká vysoká, že sa pri zrážke rozpadajú. Výsledné krátkodobé ióny hrajú úlohu nosičov náboja, čo vysvetľuje, prečo je elektrická vodivosť vody v takomto extrémnom prostredí o 6 až 7 rádov vyššia ako za normálnych podmienok. V tomto prípade sú vodíkové väzby medzi molekulami, ktoré poskytujú kvapalný stav, udržiavané najmenej pri tlakoch až 20 gigapascalov.