UV ışığın buza etkisi kuantum simülasyonlarıyla incelendi ^{CEFR B2}

1980'lerden beri bazı deneyler kısa ve uzun UV maruziyetinin buzun emilim özelliklerini farklı gösterdiğini tespit etmişti, ancak nedenleri net değildi. Bu çalışmada araştırmacılar kuantum mekanik simülasyonlar kullanarak UV ışığın buza nasıl kimyasal olarak etki ettiğini detaylı biçimde modelledi. Simülasyonları University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering ile Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP) araştırmacıları yürüttü ve sonuçlar Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlandı.

İncelenen buz modelleri şunlardı:

• Mükemmel kristal kafeste kusursuz buz.
• Bir su molekülünün eksik olduğu boşluklu buz.
• Yüke sahip hidroksit iyonları içeren buz.
• Hidrojen bağları kurallarının ihlal edildiği Bjerrum defekti içeren buz.

Simülasyonlar farklı kusurların buzun ışığı emme ve yayma biçimini değiştirdiğini gösterdi: hidroksit iyonları emilimin başlangıcını kaydırıyor; Bjerrum defektleri daha büyük, aşırı değişiklikler yapıyor ve uzun UV maruziyetinden sonra görülen açıklanamayan emilim özelliklerini açıklayabiliyor. Moleküler düzeyde UV, su moleküllerini kırarak hidronyum iyonları, hidroksil radikalleri ve serbest elektronlar oluşturuyor; elektronlar kusurlara bağlı olarak ya buzda yayılıyor ya da küçük boşluklarda hapsoluyor.

Araştırma ekibi şimdi deneycilerle işbirliği yaparak öngörülerini test etmeyi, birden fazla kusuru, yüzeyleri ve eriyen suyu modele eklemeyi planlıyor. Çalışmanın sonuçları sürekli donmuş toprakların sera gazı tahminleri ile Europa ve Enceladus gibi buzlu uyduların kimyası konusunda bilgi sağlayabilir. Finansman European Commission, CINECA supercomputing, MareNostrum5 ve MICCoM aracılığıyla Argonne National Laboratory ile Department of Energy’den sağlandı.