Un nuevo tipo de hielo podría desvelar los secretos del agua en el Universo
El agua es el componente principal de nuestro cuerpo y esencial para la vida en la Tierra. Como muchos materiales, puede encontrarse en estado líquido, sólido y gaseoso, pero a diferencia de otras sustancias, el agua tiene ciertas particularidades que le hacen único e incomprensible, como que su estado líquido es más denso que el hielo. Sin embargo, un grupo de científicos ha descubierto una nueva forma sólida que se parece mucho al agua.
Un trabajo en colaboración entre científicos de la Universidad de Cambridge y el University Collage de Londres, ambos en el Reino Unido, han descubierto un nuevo tipo de hielo que se asemeja bastante al agua líquida, con una composición química bastante similar que puede ser la clave para descubrir los secretos que guarda esta sustancia esencial, según la revista Science.
El estudio explica que esta nueva forma de hielo es amorfa. A diferencia del hielo cristalino ordinario, donde las moléculas se organizan con un patrón regular y usualmente hexagonal, esta clase de hielo presenta sus átomos de una manera tan desorganizada que pareciera que constituyen líquidos, donde las moléculas navegan con cierta libertad. Por esto, el equipo de investigadores ha descubierto una manera de crear un nuevo tipo de hielo amorfo en un experimento, y han trazado su composición molecular a través de un programa de ordenador.
Para crear este tipo de hielo amorfo hasta ahora desconocido se han empleado experimentos con el método de la molienda con bolas a bajas temperaturas, un proceso que consiste en agitar de manera enérgica un recipiente congelado criogénicamente con hielo ordinario picado y unas bolas de acero en su interior. Se trata de una técnica con la que se consiguen recrear materiales amorfos, pero nunca se había aplicado con hielo antes.
“En cuanto se empieza a agitar el hielo con el rodamiento de bolas, el MDA comienza a formarse, pero para obtener una buena conversión, agitamos durante aproximadamente un día”, explica uno de los autores, Christoph Salzmann. “Después, la muestra se vuelve a poner en un contenedor con nitrógeno líquido a -200 °C. A esa temperatura, duraría para siempre. Solo al calentarlo se observa la transición de nuevo al hielo normal”.
Más de dos tipos de hielo amorfo
El equipo de investigadores descubrió que a través de esta técnica puede conseguirse esta nueva forma de agua sólida, al que han denominado como hielo amorfo de densidad media (MDA por sus siglas en inglés) que, a diferencia de cualquier otra forma del agua rompe más paradigmas, pues tiene una densidad muy similar a la del líquido, pero está en estado sólido.
Para comprender este proceso a escala molecular, los investigadores recrearon lo que sucedió a través de una simulación computacional, con el que se creó con éxito un modelo de MDA, que plantea serias interrogantes. La primera de ellas es si solo se trata de otro estado cristalino muy molido o “cizallado”, o si bien podría representar el verdadero estado vítreo del agua, es decir, la réplica exacta, pero en estado sólido, así como el vidrio de las ventanas es la forma sólida del dióxido de silicio líquido.
El hielo amorfo en el espacio exterior
La existencia del MDA “puede tener consecuencias de gran alcance para nuestra comprensión del agua líquida y sus numerosas anomalías", según Salzmann. Hasta este momento, solo se conocía de dos tipos de hielo amorfos: el de baja densidad y el de alta densidad; como sugieren sus nombres hay una inmensa brecha entre ambos. Se creía antes que ambos tipos amorfos eran los extremos de una escala, con el agua líquida ordinaria en el medio. Pero tras el descubrimiento de MDA ese paradigma se rompe.
“Lo aceptado ha sido que no existe hielo dentro de esa brecha de densidad. Nuestro estudio muestra que la densidad de MDA está precisamente dentro de esta brecha de densidad y este hallazgo puede tener consecuencias de gran alcance para nuestra comprensión del agua líquida y sus muchas anomalías”, explica Salzmann.
“El hielo amorfo que existe en el universo es de baja densidad, se conoce desde hace 90 años y es la versión más abundante en el cosmos. Se forma cuando el agua se condensa en granos de polvo en el espacio”, detalla el autor.
Además, el MDA presenta una característica muy particular, cuando se recristaliza en hielo ordinario, libera una extraordinaria cantidad de calor. De hecho, ese calor puede jugar un papel en la activación de movimientos tectónicos en los planetas, principalmente en el interior de las lunas de nuestro sistema solar.
