量子シミュレーションで紫外線が氷の化学を変える仕組みを解明 ^{CEFR B2}

研究者たちは先進的な量子力学的計算手法を用いて、紫外線が氷の化学と光吸収特性をどのように変えるかを詳細に調べました。研究はシカゴ大学プリッツカー分子工学スクールとアブドゥス・サラム国際理論物理センター（ICTP）の共同で行われ、結果は米国科学アカデミー紀要に掲載されました。

計算モデルでは次のような氷状態を比較しました。

• 完全な結晶格子で欠陥のない氷
• 水分子が欠けた空孔を持つ氷
• 水酸化物イオンが導入された氷
• 水素結合の規則が破られたビエルルム欠陥を含む氷

結果は欠陥の種類が光吸収と放出の性質を変えることを示しました。例えば水酸化物イオンはUV吸収の開始をずらし、ビエルルム欠陥はより大きく極端な変化を引き起こします。これは1980年代の実験で、短時間と長時間のUV曝露で吸収が異なったという観察に対する説明の一端となります。

分子レベルでは紫外線が水分子を壊し、ヒドロニウムイオンやヒドロキシルラジカル、自由電子を生成します。生成した電子は欠陥によって広がるか、微小な空洞に閉じ込められます。研究チームは実験者と協力して予測を検証し、複数の欠陥や表面、融けた水を含むモデル化を進めています。この研究は永久凍土の温室効果ガス放出やエウロパ、エンセラダスなどの氷衛星の化学理解にも寄与する可能性があります。資金は欧州委員会、CINECAのスーパーコンピューティング（MareNostrum5およびMICCoM）およびエネルギー省経由のアーゴンヌ国立研究所から提供されました。