Wetenschappers gebruikten kwantummechanische simulaties om te onderzoeken hoe ultraviolette (UV) straling de chemie van ijs verandert en om lang bestaande raadsels over belicht ijs op aarde en op ijzige werelden in het zonnestelsel te verklaren. Het werk is uitgevoerd door onderzoekers van de University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering en het Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP) en gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences.
Giulia Galli, hoogleraar aan UChicago en een van de seniorauteurs, zei: "Niemand heeft eerder met dit niveau van nauwkeurigheid kunnen modelleren wat er gebeurt wanneer UV-licht ijs raakt." Ali Hassanali van ICTP voegde daaraan toe: "Samen kunnen we beginnen een probleem te ontwarren dat tot nu toe zeer uitdagend was." Co-auteur Yu Jin benadrukte dat berekeningen het mogelijk maken effecten van specifieke chemie te isoleren op manieren die experimenten niet altijd toelaten.
- Ijs zonder defecten in een perfecte kristalrooster.
- Ijs met een vacuümplek, waar een watermolecuul ontbreekt.
- Ijs met geïntroduceerde hydroxide-ionen in de structuur.
- Ijs met een Bjerrum-defect, waarbij waterstofbindingsregels worden geschonden.
De simulaties tonen dat verschillende defecten de manier veranderen waarop ijs licht absorbeert en uitzendt. Hydroxide-ionen verschuiven de aanzet van UV-absorptie, terwijl Bjerrum-defecten grotere, extremere veranderingen veroorzaken en zo ongeïdentificeerde absorptiekenmerken kunnen verklaren die na lange UV-blootstelling zijn waargenomen. Op moleculair niveau kan UV-licht watermoleculen splijten tot hydroniumionen, hydroxylradicalen en vrije elektronen; afhankelijk van aanwezige defecten verspreiden elektronen zich door het ijs of raken ze vast in kleine holtes. Het team werkt samen met experimentatoren en wil ijs modelleren met meerdere defecten, oppervlaktes en smeltwater; het werk kan studies informeren over gasuitstoot uit permafrost en over de chemie op ijzige manen zoals Europa en Enceladus.
De financiering kwam van de European Commission, CINECA supercomputing, MareNostrum5 en MICCoM via Argonne National Laboratory via het Department of Energy.
Moeilijke woorden
- kwantummechanisch — Berekeningen gebaseerd op kwantumfysica op zeer kleine schaalkwantummechanische
- simulatie — Rekenmodel dat gedrag van systemen nabootstsimulaties
- kristalrooster — Gevormde rangschikking van atomen of moleculen
- hydroxide-ion — Negatief geladen ion dat zuurstof en water bevathydroxide-ionen
- defect — Onregelmatigheid in structuur die eigenschappen verandertdefecten, Bjerrum-defect
- absorptie — Opname van licht of straling door materiaalUV-absorptie
- hydroniumion — Positief geladen watermolecuul met extra protonhydroniumionen
- hydroxylradicaal — Zeer reactief molecuul met een ongepaard elektronhydroxylradicalen
- permafrost — Permanent bevroren bodem in koude gebieden
Tip: beweeg de muisaanwijzer over gemarkeerde woorden in het artikel, of tik erop om snelle definities te zien terwijl je leest of luistert.
Discussievragen
- Waarom zijn kwantummechanische simulaties nuttig naast experimenten bij het bestuderen van ijschemie?
- Welke gevolgen kan verandering in ijsabsorptie door UV hebben voor het bestuderen van ijzige manen zoals Europa?
- Hoe kan kennis over UV-chemie in ijs relevant zijn voor het begrip van gasuitstoot uit permafrost?
Gerelateerde artikelen
Hersenachtig weefsel gekweekt zonder dierlijke materialen
Wetenschappers kweekten functioneel hersenachtig weefsel zonder dierlijke materialen of biologische lagen. Het nieuwe PEG-scaffold ondersteunt gedoneerde cellen en maakt betrouwbare tests voor neurologische ziekten mogelijk.
Menselijke vlo speelt rol bij pest in Madagascar
De pest blijft voorkomen in sommige landen, vooral in Madagascar. Onderzoekers vonden dat de menselijke vlo (Pulex irritans) bij uitbraken kan betrokken zijn en noemen huishoudgewoonten en insecticidegebruik als belangrijke factoren.
Oezbekistan start grote afval-naar-energie projecten met Chinese investeerders
Oezbekistan bouwt meerdere afval-naar-energie (WTE) installaties met Chinese en andere buitenlandse investeerders. Twee grote installaties zijn begonnen in juli 2025; er zijn zorgen over gezondheid, transparantie en lange contracten.
