¿Qué pasaría en el centro de un mundo acuático?

Si existiera un planeta que estuviera hecho completamente de agua líquida, sin materia sólida, ¿cómo sería el núcleo de tal planeta? Supongamos que este planeta tiene condiciones similares a la tierra, por lo que podría soportar agua líquida en su superficie, con casquetes de hielo en los polos. Pero no hay materia de ningún tipo excepto agua líquida, H 2 puroO. La superficie es básicamente un gran océano. Pero, ¿qué pasaría si te sumergieras en ese océano? No habría suelo oceánico sólido en el sentido tradicional, pero probablemente comenzarían a suceder cosas extrañas debido a la presión. ¿Se presurizaría el agua en hielo? ¿Qué propiedades anormales podría tener este núcleo de hielo? ¿Qué tan gradualmente sucedería esto? ¿El núcleo estaría caliente o frío? Si pudieras sobrevivir a la presión extrema, ¿sería posible llegar hasta el núcleo?

Cuanto más profundo te adentras en los océanos, mayor es la presión. ¡Esto significa que se necesitan temperaturas del agua aún más frías para que el agua se convierta en hielo! Esta es la razón por la que los océanos profundos NO son una masa congelada de hielo sólido...
@EveryBitHelps: los océanos profundos (en la Tierra) no pueden ser una "masa congelada de hielo sólido" porque el hielo normal flota. Entonces, si parte del agua se convierte en hielo, el hielo subirá a la superficie. (Además, los océanos son salados, lo que reduce el punto de congelación).
Según este cómic de xkcd [ xkcd.com/1561/] , el núcleo será "David Bowie & Queen".
@Peter Erwin, sí, eso también es cierto. El agua salada reduce el punto de congelación. El hielo flotante sobre el agua salada aumenta la salinidad del agua, ya que el hielo está formado principalmente por agua dulce (dejando atrás la sal). Entonces obtienes una capa de hielo, una capa muy delgada de agua dulce y luego agua salada cada vez más densa, que se hunde. Esto, combinado con el aumento de la profundidad y la presión, hace que disminuya el punto de congelación del agua (se necesita que esté más fría para congelar el agua salada profunda que los cero grados centígrados típicos para el agua superficial dulce y aproximadamente menos cuatro grados para el agua superficial salada)
¿No es esto solo Tritón? ¿La luna de Neptuno? La luna de Saturno, Encelado, también te daría un ejemplo.
Se cree que tanto Tritón como Encelado tienen núcleos rocosos, así que en realidad no.
(1) La pregunta dice que no hay materia excepto por H 2 O Entonces, ¿por qué están hablando de sal? (2) Sobre la base del comentario de Sky , incluso si no conocemos ningún planeta de este tipo en el universo real, ¿esta pregunta no pertenece a Physics.SE ?
No me parece. Physics SE o Astronomy SE podrían tolerarlo como una pregunta de construcción de modelos, pero creo que es más probable que le proporcionen una lista de razones por las que un planeta de H2O puro nunca podría formarse en nuestro universo y considerarlo abordado. La construcción de mundos acepta una noción más amplia de posibilidad.

Respuestas (2)

Para planetas del tamaño aproximado de la Tierra, encontrarías Ice VII, X o XI. Posiblemente incluso agua líquida existente como fluido supercrítico.

Esta es una pregunta sorprendentemente difícil y depende del radio y la masa del planeta acuático en cuestión. Un planeta de agua de masa similar a la Tierra definitivamente no tendría un radio similar a la Tierra, y es difícil decir exactamente cuál sería su radio precisamente porque el agua es terriblemente extraña con tantas estructuras cristalinas diferentes a diferentes temperaturas/presiones.

Eche un vistazo (y tenga en cuenta la naturaleza logarítmica del eje Y y el rango moderado de temperaturas cubiertas):

Diagrama de fase del agua
Por Cmglee - Trabajo propio, CC BY-SA 3.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14939155

Cada región etiquetada en ese diagrama tiene diferentes propiedades estructurales. Como punto de referencia, se estima que la presión en el núcleo de nuestro planeta ronda los 330-360 gigapascales. Dado que la Tierra está hecha de un material mucho más denso que el agua, probablemente podamos tomar esto como un límite superior cómodo en la presión interna de un mundo de agua del radio de la Tierra. Como puede ver en el diagrama de fase, el agua a esta presión sería Hielo X (asumiendo una temperatura moderada, que es una mala suposición en el núcleo de un planeta, pero estos son los datos que pude encontrar), distinguido del Hielo I-IX por su nueva estructura cristalina. De hecho, Ice VII, X y XI son los únicos que este diagrama sugiere que podrían existir en el núcleo de un planeta (que, nuevamente, estaría muy caliente y bajo una gran presión). El límite entre las fases fluida y sólida del agua también pasa a presiones más altas a medida que aumentan las temperaturas. En un mundo particularmente cálido y pequeño, podría encontrar agua líquida simple en el núcleo, o más probablemente agua que existe como un fluido supercrítico.2

Se plantea la hipótesis de que a presiones aún mayores, muy por encima de los 1000 gigapascales, el agua adquiriría propiedades metálicas. Sin embargo, necesitaría un mundo de agua verdaderamente masivo para que eso ocurra naturalmente en su núcleo, quizás acercándose al límite de la fusión estelar. Se cree que Júpiter tiene presiones internas superiores a los 3000 gigapascales, pero Júpiter contiene algunos materiales significativamente más densos que las fases de agua verificadas experimentalmente y, como saben, es bastante grande. Además, al menos una predicción teórica con respecto a la fase metálica del hielo espera que ocurra solo a presiones superiores a 5000 gigapascales. (Sin embargo, aquellos que respaldan teorías más moderadas que lo colocan más cerca de 1000 gigapascales esperan que exista hielo metálico dentro de Júpiter). Este sitio ( http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_phase_diagram.html) tiene amplia información sobre las fases del agua, incluido un diagrama de fases más amplio que incluye el agua como fluido supercrítico y la fase metálica del hielo, aunque esta última es solo teórica.

En cuanto a la posibilidad de atravesar el núcleo, puedes olvidarlo. Es difícil imaginar reunir suficiente handwavium para ayudar a un cuerpo humano a sobrevivir presiones del orden de 100 megapascales o más. Incluso considerando un explorador de núcleo autónomo de drones, no se ve bien. Para un núcleo sólido de hielo exótico VII, X o XI, a medida que excava en él, el agua fluida supercrítica de arriba fluiría inmediatamente hacia cualquier agujero que cavara y se congelaría en la fase de hielo apropiada para la profundidad, lo que detendría su progreso. (Sin embargo, algunos hielos exóticos son metaestables a temperaturas y presiones distintas de aquellas a las que se crean, por lo que si necesita hielos exóticos, podría extraerlos con una excavadora manual). Incluso atravesar el fluido supercrítico sería un desafío de ingeniería interesante, ya que los fluidos supercríticos son, bueno, Algo raro. De hecho, usamos agua supercrítica como un medio para oxidar rápidamente los desechos peligrosos.3 que de otro modo persistiría efectivamente para siempre en la escala de nuestra civilización, así que buena suerte llevando un ánodo de sacrificio lo suficientemente fuerte y grande para compensar eso.

De hecho, hay algo de exploración de esto en un artículo de 2003 [ arxiv.org/abs/astro-ph/0308324] , aunque la idea era que todavía habría un manto de silicato y un núcleo rico en hierro debajo de toda el agua. Su planeta modelo de 6 masas terrestres tenía agua líquida dando paso a Ice VI varias docenas de kilómetros más abajo.
Me pregunto si una bola de agua particularmente grande (una lo suficientemente grande como para tener un núcleo de agua metálico) lejos de su estrella anfitriona podría exhibir todas las fases del agua. La variación necesaria de presión a temperatura constante para acceder a algunas fases podría estar al alcance de una bola de agua muy achatada (que gira rápidamente).
¿Puedes agregar un enlace a la fase metálica?
Hay muy poco en la web sobre la fase metálica, pero agregué un enlace a lo que puedo encontrar. Por lo que puedo decir, no está verificado experimentalmente. Ese sitio de la Universidad de South Bank de Londres tiene tanta información sobre las fases del agua que en realidad induce una especie de parálisis.
Además, el sitio de LSBU acaba con todas las esperanzas de encontrar todas las fases del agua en un planeta. Tienen una diversidad de hielos significativamente mayor que el diagrama de creative commons que incluí en el texto de la respuesta.
Voy a estar de acuerdo con la idea del agua metálica como una necesidad. En un mundo donde la superficie es agua líquida y es agua hasta el fondo, pensaría que el calentamiento básico induciría una pérdida de agua al espacio con el tiempo hasta que el planeta ya no existiera. Un "núcleo metálico de agua" podría al menos (con un poco de movimiento manual) girar potencialmente para crear un campo magnético alrededor del planeta para ayudar a reducir los golpes de partículas cargadas.
Relativamente pocos metales son ferromagnéticos. Mi química cuántica no es lo suficientemente fuerte como para decirle si el hielo metálico sería (si, de hecho, existe), pero ciertamente no está garantizado.
El agua supercrítica es algo bueno. La última vez que lo miré, era capaz de disolver todos los plásticos conocidos. Hubo personas a fines de la década de 1990 que intentaron crear sistemas de limpieza supercríticos para los desechos del océano. No fue a ninguna parte. Pero sugiere que este mundo acuático podría no tener vida a macroescala porque no hay ciclo de vida: todo lo que muere se hunde y drena los nutrientes en las profundidades irrecuperables.

Se especula que sería solo hielo y agua comprimida (diferente al hielo):

"Sus profundidades abisales serían tan profundas y densas que incluso a altas temperaturas la presión convertiría el agua en hielo. Las inmensas presiones en las regiones inferiores de estos océanos podrían conducir a la formación de un manto de formas exóticas de hielo".