Ciencia

Los científicos crearon un nuevo tipo de hielo que podría existir en lunas distantes

Los científicos han creado un nuevo tipo de hielo que coincide con la densidad y la estructura del agua, quizás abriendo una puerta para estudiar las misteriosas propiedades del agua.

“Podría ser agua líquida congelada en el tiempo”, dice Martin Chaplin, especialista en estructuras de agua de la Universidad South Bank de Londres, que no participó en el trabajo. “Podría ser muy importante”.

El hielo se llama hielo amorfo de densidad media. El equipo que lo creó, dirigido por Alexander Rosu-Finsen del University College London (UCL), agitó hielo normal en un pequeño recipiente con bolas de acero inoxidable de un centímetro de ancho a temperaturas de –200 ˚C para producir la variante, que nunca visto antes. El hielo apareció como un polvo granular blanco que se adhirió a las bolas de metal. Los hallazgos fueron publicados hoy en Ciencia1.

Moléculas al azar

Normalmente, cuando el agua se congela, se cristaliza y sus moléculas se organizan en la familiar estructura sólida hexagonal que llamamos hielo. El hielo es menos denso que su forma líquida, una propiedad inusual para un cristal. Dependiendo de condiciones como la presión y la velocidad de congelación, el agua también puede solidificarse en cualquiera de las otras dos docenas de arreglos regulares. El hielo amorfo es diferente: no tiene tal orden. “Tienes muchas moléculas que se unen al azar”, dice Chaplin.

Anteriormente se han descubierto dos tipos de hielo amorfo, ambos en el siglo XX. El hielo amorfo de ‘baja densidad’ es el resultado de la congelación del vapor de agua sobre una superficie muy fría, a una temperatura inferior a –150 ˚C; El hielo amorfo de «alta densidad» se forma al comprimir hielo ordinario a temperaturas similares bajo alta presión. Aunque ninguno de los tipos es común en la Tierra, ambos abundan en el espacio. «Los cometas son grandes trozos de hielo amorfo de baja densidad», dice Christoph Salzmann, químico de la UCL y coautor del último trabajo.

El equipo usó un molino de bolas, una herramienta que normalmente se usa para moler o mezclar materiales en el procesamiento de minerales, para moler hielo cristalizado. Usando un recipiente con bolas de metal adentro, sacudieron una pequeña cantidad de hielo unas 20 veces por segundo. Las bolas de metal produjeron una «fuerza de corte» en el hielo, dice Salzmann, descomponiéndolo en un polvo blanco.

Disparar rayos X al polvo y medirlos a medida que rebotaban, un proceso conocido como difracción de rayos X, permitió al equipo determinar su estructura. El hielo tenía una densidad molecular similar a la del agua líquida, sin una estructura ordenada aparente en las moléculas, lo que significa que la cristalinidad fue «destruida», dice Salzmann. “Estás viendo un material muy desordenado”.

Los resultados son «bastante convincentes», dice Marius Millot, físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. “Este es un gran ejemplo de cómo todavía tenemos cosas que entender con el agua”.

Los resultados coincidieron con los modelos producidos por los científicos del equipo de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, y predijeron lo que sucedería si el hielo normal se descompusiera de esta manera. Sin embargo, no está claro si el polvo resultante realmente coincide con las propiedades del agua líquida, dado que previamente se congeló como hielo cristalizado. Investigar eso requerirá más trabajo.

Grandes implicaciones

Si se confirma, la nueva forma de hielo podría permitir estudios del agua de una manera que antes no era posible. “El agua líquida es un material extraño”, dice Chaplin. “Todavía no sabemos tanto como nos gustaría”. Por ejemplo, comúnmente se piensa que el agua se compone de dos formas, agua de baja densidad y agua de alta densidad, lo que coincide con las variantes previamente conocidas de hielo amorfo. El descubrimiento de un hielo amorfo de densidad media podría desafiar esa idea.

“Si el hielo amorfo de densidad media está realmente conectado al agua líquida, implicaría que este modelo es incorrecto”, dice Salzmann. «Podría abrir un nuevo capítulo en la investigación del hielo».

También hay implicaciones para comprender otros mundos. Algunas lunas de nuestro Sistema Solar, como la luna Europa de Júpiter y la luna Encelado de Saturno, tienen superficies heladas. Si dos áreas heladas en una luna así se frotaran debido a las fuerzas de las mareas, podrían producir hielo amorfo de densidad media entre ellas a través del mismo proceso de corte que usaron los investigadores.

El aumento de la densidad podría crear brechas en la superficie, produciendo interrupciones en las lunas a medida que el hielo se resquebraja. “Habría un colapso masivo del hielo”, dice Salzmann. «Podría tener graves implicaciones para la geofísica de las lunas heladas».

Eso podría, a su vez, tener implicaciones para la habitabilidad potencial de los océanos de agua líquida que se encuentran debajo de las superficies de hielo de estas lunas. “Una de las cosas clave de esas lunas es si se puede tener una interfaz entre el agua líquida y las rocas; aquí es donde podría surgir la vida”, dice Millot. «El hielo amorfo podría tener un papel que debemos entender».

Este artículo se reproduce con permiso y fue publicado por primera vez el 2 de febrero de 2023.

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