Hallan una nueva forma de hielo con propiedades de agua sólida y líquida simultáneas

Ahora, investigadores de Cambridge y del University College London UCL han encontrado una nueva forma de hielo que, curiosamente, se parece más al agua líquida que cualquier otra, lo que puede ser clave para entender al líquido elemento. Pero sigue siendo sólido. Las conclusiones de su estudio acaban de publicarse en la revista 'Science'.

El hielo cristalino que todos conocemos está compuesto de unas moléculas organizadas en un patrón regular hexagonal, como el que se puede observar en los copos de nieve al microscopio o a simple vista en la disposición del hielo que se queda en los cristales de nuestros coches tras una noche de bajas temperaturas; sin embargo, existe otro hielo 'desordenado', llamado hielo amorfo, en el que sus moléculas no siguen un orden concreto, algo que también pasa con el agua en su estado líquido. Se produce cuando las moléculas de agua se enfrían tan rápido que no da tiempo a que se dispongan en una red ordenada.

Es un proceso similar a la producción de helado: la mezcla debe congelarse rápidamente para evitar el desarrollo de cristales; sin embargo, en el caso del agua pura, se forman cristales de forma mucho más rauda. También ocurre cuando se somete al agua a altas presiones, como las que ocurren en planetas o satélites sometidos a una gran gravedad. Por ello, se cree que este es el tipo de hielo más común en el Universo (aunque en la Tierra necesitemos de laboratorios de física para recrearlo).

Por ello, para intentar crearlo, el equipo usó un molino de bolas, un aparato utilizado comúnmente para mezclar minerales, pinturas, pirotecnia o cerámicas (materiales amorfos), y que consiste en un recipiente que contiene bolas de metal, al que se le suma el material que se quiere moler y que, con el movimiento, acaba triturándolo. Algo así como una hormigonera con esferas dentro.

Los investigadores introdujeron dentro del recipiente de acero, junto con las bolas, hielo cristalino 'normal', que poco a poco, por el efecto del movimiento, se fue moliendo hasta convertirse en pequeñas partículas. A la vez, se enfrió con nitrógeno líquido esta 'hormigonera' en miniatura de laboratorio.

Después, para comprender el proceso a escala molecular, el equipo creó una simulación por ordenador. El equipo descubrió que así se creaba una nueva forma amorfa de hielo que, a diferencia de todos los demás hielos conocidos, tenía una densidad similar a la del agua líquida y cuyo estado se asemejaba al agua en forma sólida.

«En lugar de terminar con trozos de hielo más pequeños, nos dimos cuenta de que habíamos encontrado un tipo de cosa completamente nueva, con algunas propiedades notables».

Hasta ahora, la teoría decía que había dos tipos principales de hielo amorfo: uno de baja densidad, con alrededor de 0,94 gramos por centímetro cúbico; y otro de alta densidad, a partir de 1,13 gramos por centímetro cúbico. El nuevo hielo tiene una densidad de 1,06 gramos por centímetro cúbico, registrando una densidad increíblemente cercana a la del agua, con 1 gramo por centímetro cúbico. Anteriores estudios encontraron que el hielo amorfo puede variar entre los dos tipos o contener ambos, pero este trabajo señala que han conseguido crear hielo amorfo de densidad media, lo que podría significar la piedra angular para comprender el agua líquida y sus extrañas propiedades, como por qué en su forma helada flota, lo que permite a los peces vivir bajo el hielo.

«Hasta ahora se ha pensado que no existe hielo dentro de esa brecha de densidad. Nuestro estudio muestra que nuestro hielo sí lo hace y esto puede tener consecuencias de gran alcance para nuestra comprensión del agua líquida y sus muchas anomalías».

El significado de estas propiedades aún no está del todo claro. La MDA podría ser un estado "vidrioso" de agua líquida, sugieren los investigadores. Aunque el hielo amorfo no se forma en la naturaleza, existen otros sólidos amorfos; el vidrio es uno de ellos, y es simplemente una forma sólida de dióxido de silicio líquido. Pero el MDA también podría ser simplemente hielo cristalino fuertemente cortado.

Sugiere que nuestros modelos de agua existentes deben ser reexaminados para descubrir dónde encaja la MDA en la imagen. Pero ya se muestra prometedor para explicar algunas de las formas en que se comporta el hielo de agua en el Universo.

Los investigadores sugieren lugares donde este tipo de hielo amorfo de densidad media podría originarse más allá de su laboratorio. Según los autores, el hielo ordinario en las lunas de hielo de gigantes como Júpiter podría convertirse en este nuevo tipo debido a las fuerzas de marea ejercidas por la gravedad de estos planetas.

Además, los investigadores han descubierto que cuando este tipo de hielo se recristaliza en hielo ordinario, libera una cantidad extraordinaria de calor, lo que podría desempeñar un papel en la activación de los movimientos tectónicos y demostrar que el agua puede ser un material geofísico de alta energía.