Científicos descubren un nuevo tipo de hielo con extrañas propiedades

El descubrimiento de un nuevo tipo de hielo que se parece más al agua líquida que cualquier otro hielo conocido podría cambiar nuestra comprensión del agua y sus muchas irregularidades.

El hielo es amorfo, lo que significa que sus moléculas están desorganizadas en lugar de ordenadas como en el hielo cristalino ordinario. En la Tierra, el hielo amorfo es raro, pero es el principal tipo de hielo que se encuentra en el ambiente más frío del espacio, donde el hielo no tiene suficiente energía térmica para formar cristales.

Investigadores del University College London (UCL) y la Universidad de Cambridge utilizaron un proceso llamado molino de bolas, en el que agitaron vigorosamente hielo ordinario junto con bolas de acero en un frasco enfriado a -200 °C.

"Sacudimos el hielo como locos durante mucho tiempo y destruimos la estructura cristalina", explica Alexander Rosu-Finsen, autor principal del estudio de Science que realizó el trabajo experimental en UCL Chemistry. "En lugar de terminar con trozos de hielo más pequeños, nos dimos cuenta de que habíamos encontrado algo completamente nuevo".

Las propiedades únicas del hielo amorfo

La nueva forma amorfa de hielo es diferente a todos los demás hielos conocidos. Tiene la misma densidad que el agua líquida y su estado se asemeja al agua en estado sólido. A este nuevo compuestos lo llamaron hielo amorfo de densidad media (MDA).

El MDA parece un polvo blanco fino y podría existir dentro de las lunas de hielo del Sistema Solar exterior, ya que las fuerzas de marea de los gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno pueden ejercer fuerzas de cizallamiento similares en el hielo ordinario como las creadas por las bolas demoledoras.

Cuando el MDA se calentó y recristalizó, liberó una cantidad excepcional de calor, lo que sugiere que podría causar movimientos tectónicos y "terremotos" en el espeso hielo de lunas como Ganímedes en Júpiter.

“El agua es la base de toda vida. Nuestra existencia depende de ello, lanzamos misiones espaciales en su búsqueda, pero desde un punto de vista científico no se comprende bien”, señala el profesor Christoph Salzmann de UCL Chemistry.

Hay 20 formas cristalinas de hielo, pero solo se han descubierto dos tipos principales de hielo amorfo: hielo amorfo de alta densidad y de baja densidad.

“Hay una gran diferencia de densidad entre ellos y la sabiduría aceptada ha sido que no existe hielo dentro de esa brecha de densidad”, dice Salzmann. "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".

Esta diferencia de densidad llevó a los científicos a sugerir que el agua existe como dos líquidos a temperaturas muy frías y que, en teoría, a cierta temperatura, ambos líquidos podrían coexistir, con un tipo flotando sobre el otro, como el aceite y el agua.

Esta hipótesis se ha demostrado en una simulación por ordenador, pero no se ha confirmado con experimentos. Los investigadores dicen que el estudio puede generar dudas sobre la validez de esta idea, y Salzmann opina que los modelos de agua existentes deberían volver a probarse para poder explicar la existencia de hielo amorfo de densidad media. “Este podría ser el punto de partida para finalmente explicar el agua líquida”, dice.

Estado vidrioso del agua

El hielo recién descubierto puede ser el verdadero estado vítreo del agua líquida, es decir, una réplica precisa del agua líquida en forma sólida. Sin embargo, podría ser que la MDA no sea vítrea en absoluto, sino que se encuentre en un estado cristalino fuertemente cizallado.

"Hemos demostrado que es posible crear lo que parece un tipo de agua de stop-motion", dice el coautor, el profesor Andrea Sella, UCL Chemistry. "Este es un hallazgo inesperado y bastante sorprendente".

"Nuestro descubrimiento de MDA plantea muchas preguntas sobre la naturaleza del agua líquida y, por lo tanto, es muy importante comprender la estructura atómica precisa de MDA", agrega el Dr. Michael Davies, quien realizó el modelado computacional como estudiante de doctorado en ICE (interfaces, catalítico y ambiental) laboratorio en UCL y la Universidad de Cambridge.