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La doppia natura dell’acqua superionica

La doppia natura dell’acqua superionica

La struttura dell'acqua superionica (Credits: Erio Tosatti e Sandro Scandolo)

Confermata, in un recente articolo su Nature Physics, l’esistenza di un peculiare tipo d’acqua – già teorizzata in uno studio italiano del 1999 – che potrebbe trovarsi su Urano e Nettuno

Ha una natura ambivalente, solida e liquida allo stesso tempo, e si presenta in questa forma in particolari condizioni di pressione e temperatura: è questa la ‘carta d’identità’ dell’acqua superionica, una tipologia d’acqua molto diversa rispetto a quella diffusa sulla Terra, la cui esistenza, ipotizzata quasi vent’anni fa, è stata recentemente confermata. Infatti, l’acqua superionica, che potrebbe trovarsi sui giganti ghiacciati del Sistema Solare esterno – Urano Nettuno – e su esopianeti simili ad essi, è al centro di un nuovo studio, condotto da due strutture dell’Università di Berkeley, il Lawrence Livermore National Laboratory e il Department of Earth and Planetary Science. La ricerca, che tramite sperimentazioni ha appunto confermato la realtà dell’acqua superionica, è stata illustrata nell’articolo “Experimental evidence for superionic water ice using shock compression”, pubblicato su Nature Physics.

Il paper in questione ha riacceso i riflettori su questa entità, inizialmente ipotizzata negli anni ’80, che nel 1999 si era guadagnata gli onori della cronaca per uno studio pubblicato su Science. L’indagine, dal titolo “Superionic and Metallic States of Water and Ammonia at Giant Planet Conditions”, era stata curata da due istituzioni italiane, la Sissa (Scuola Internazionale di Studi Superiori Avanzati) e l’Ictp (International Centre for Theoretical Physics), in collaborazione con il Max Planck Institute di Stoccarda. All’epoca, il team Sissa-Ictp aveva teorizzato l’esistenza dell’acqua superionica attraverso simulazioni informatiche all’avanguardia, il cui livello di eccellenza – a distanza di quasi vent’anni – è stato confermato dalle nuove sperimentazioni alla base dello studio di Nature Physics.

Nello specifico, questo tipo d’acqua si forma in condizioni estreme di pressione e temperatura, ricreate in laboratorio dagli scienziati dell’Università di Berkeley. In questo stato, il calore indebolisce il legame tra l’ossigeno e l’idrogeno, mentre la pressione elevata fissa l’ossigeno in una struttura cristallina in cui si muovono gli atomi di idrogeno. La fase superionica era nota per varie sostanze, ma non per l’acqua; di conseguenza, lo studio dell’Università di Berkeley assume particolare importanza perché si tratta della prima evidenza sperimentale di questa realtà. I risultati di queste indagini, secondo gli autori delle due ricerche, potranno costituire un utile punto di partenza per studiare Urano e Nettuno, dato che per le loro condizioni ambientali potrebbero effettivamente ospitare l’acqua superionica, e gli esopianeti con caratteristcihe simili ai giganti ghiacciati del nostro sistema planetario.

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