La découverte de deux nouvelles formes d’eau salée pourrait réécrire la chimie fondamentale : ScienceAlert

Deux formes d’eau salée congelée récemment découvertes pourraient aider les scientifiques à résoudre un mystère lié à… système solaire Lunes couvertes de glace.

Lorsqu’il est soumis à des pressions plus élevées et à des températures plus basses qu’il ne le serait autrement trouvé dans la nature Sur Terre, les atomes du chlorure de sodium hydraté – plus communément appelé glace d’eau salée – se sont arrangés en structures jusque-là non identifiées qui contiennent une proportion beaucoup plus élevée de molécules d’eau que de sel.

Cela peut expliquer l’étrange signature chimique du matériau à la surface d’Europe, la lune de Jupiter, qui semble plus aqueuse que ne le pensent les scientifiques.

« Il est rare de nos jours d’avoir des découvertes fondamentales en science », Selon le scientifique de la Terre et de l’espace Baptiste Journeau de l’Université de Washington.

« Le sel et l’eau sont bien connus dans les conditions terrestres. Mais ensuite, nous sommes complètement dans le noir. Et maintenant nous avons ces corps planétaires qui contiennent probablement des composés qui nous sont très familiers, mais dans des conditions très étranges. Nous devons refaire toute la science minérale de base que les gens ont faite au IXe siècle, mais à haute pression et à basse température. C’est une époque passionnante.

Le sel et l’eau – également connus sous le nom de chlorure de sodium et de peroxyde d’hydrogène – sont abondants dans notre monde d’origine. Lorsqu’elles sont combinées, les molécules de sel se dissolvent à travers les molécules d’eau pour former une solution. La présence de sel abaisse le point de congélation de la solution par rapport à l’eau non salée, mais comme la température continue de baisser dans les conditions météorologiques typiques de la Terre, elle finira par geler.

Lorsque c’est le cas, les molécules s’arrangent en une structure de réseau rigide connue sous le nom d’hydrate. Sur Terre (hors laboratoire), cette structure n’a qu’une seule composition : une molécule de sel pour deux molécules d’eau.

Sur des lunes telles qu’Europe et Ganymède, qui orbitent autour de Jupiter, et la lune Encelade de Saturne, les scientifiques ont également trouvé des preuves de sel et d’eau, seules les conditions trouvées sont quelque peu différentes de celles de la Terre.

Les surfaces de ces mondes lointains dans le quasi-vide de l’espace, loin du Soleil, sont exposées à un froid extrême. Sous leurs manteaux glacés se trouvent des océans qui, dans certains cas, peuvent être plus de 100 fois plus épais que Les eaux les plus profondes de la terreentraînant des pressions et des températures très extrêmes.

Journaux et ses collègues ont entrepris d’étudier l’effet du sel sur la production de glace. Ils ont pressé un petit bloc d’eau salée dans un serpentin Cellule à enclume en diamant Dans des conditions extrêmement froides, il génère des pressions pouvant atteindre 25 000 fois la pression atmosphérique terrestre tout en abaissant les températures à -123 ° C (-190 ° F).

Ils ne s’attendaient pas à ce qui s’est passé ensuite.

« Nous essayions de mesurer comment l’ajout de sel modifie la quantité de neige que nous pouvons obtenir, car le sel agit comme un antigel », dit-elle. Journaux explique. « Étonnamment, lorsque nous avons exercé la pression, ce que nous avons vu, c’est que ces cristaux auxquels nous ne nous attendions pas ont commencé à se développer. C’était une découverte très fortuite. »

Dans les conditions de leur expérience, les chercheurs ont vu émerger deux nouveaux arrangements d’un sel et d’une molécule d’eau. L’un a montré deux molécules de sel pour 17 molécules d’eau. L’autre contient 13 molécules d’eau pour une molécule de sel. Les deux sont très différents d’un seul sel, et ils sont de l’eau vue naturellement sur Terre – et sont cohérents avec les signatures chimiques de l’eau observées sur les lunes de glace.

« Il a la structure que les planétologues attendaient », Journaux ajoute.

Selon les chercheurs, le facteur clé est la pression, qui écrase les molécules les unes contre les autres et les oblige à trouver de nouvelles façons de coexister. Mais même lorsque la pression a été relâchée, l’un des hydrates nouvellement identifiés – contenant 17 molécules d’eau – est resté stable jusqu’à des températures de -50 degrés Celsius. Cela indique qu’ils peuvent également être trouvés ici sur Terre, peut-être sous la glace de l’Antarctique.

Des recherches futures sont nécessaires pour déterminer si cette découverte peut résoudre le mystère de la lune glacée.

« [The hydrate’s] Les spectres infrarouges restent à déterminer dans de futures études », écrivent les chercheursMais leur structure hautement hygroscopique pourrait résoudre le mystère de longue date de la phase hydratée non identifiée à la surface d’Europe et de Ganymède.

Recherche publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences.