Con la ayuda de bolas de acero, investigadores del University College London han molido agua congelada a -200 °C en una forma amorfa desconocida, con una densidad media muy cercana a la del agua líquida. Un proceso similar podría ocurrir en las lunas heladas del sistema solar.
El agua, principalponente de nuestro cuerpo y fundamental para la vida en la Tierra, puede encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso. Cuando se congela, puede adoptar multitud de formas: se conocen 20 fases cristalinas, donde las moléculas de H2O se disponen regularmente en una red hexagonal, y al menos dos familias de hielo amorfo, sin esa estructura cristalina tan ordenada. En nuestro planeta, casi toda el agua congelada que conocemos está en forma cristalina, pero a escala universal se cree que la amorfa es la másún.
En general, el hielo amorfo se divide en grupos: baja densidad (0,94 gramos/cm3) y alta densidad (1,13 g/cm3 o más). Sin embargo, ni estos ni los cristalinos presentan una forma con una densidad media cercana a la del agua líquida (1 g/cm3), al menos hasta ahora. Esta brecha de densidad forma la piedra angular de nuestraprensión actual del agua.
Pero investigadores del University College London (UCL) acaban de demostrar que el hielo ordinario a casi -200°C se puede triturar para producir hielo amorfo de densidad media (MDA) con una densidad de 1,06 g/cm3, es decir, muy cercana a esa densidad. de agua liquida. El estudio se publica en la revista Science.
Según los autores, este hallazgo sugiere que el agua es máspleja de lo que se pensaba a bajas temperaturas, lo que tiene implicaciones no solo para una mejorprensión de esta sustancia y sus curiosas e inexplicables anomalías (no se hunde en estado sólido, alta especificidad calor, buena conductividad…), sino también cómo existe y funciona el agua en el universo.
Un molino de bolas frías
Para crear esta forma amorfa de hielo hasta ahora desconocida, el equipo utilizó el método de molienda de bolas a baja temperatura, un proceso que consiste en agitar vigorosamente un recipiente refrigerado criogénicamente lleno de agua congelada triturada y bolas de acero. Se usaúnmente para crear otros materiales amorfos,o aleaciones metálicas ypuestos inorgánicos, pero nunca antes se había aplicado al hielo.
“En cuanto empiezas a sacudir el hielo con el rodamiento de bolas, se empieza a formar el MDA, pero para conseguir una buena conversión, lo sacudimos durante aproximadamente un día”, explica a SINC uno de los autores, Christoph Salzmann. “Después –añade– la muestra se vuelve a poner en un recipiente con nitrógeno líquido a –200 °C. A esa temperatura, duraría para siempre. Solo cuando lo calientas, ves la transición de regreso al hielo normal”.
simulaciones porputadora
Usando varias técnicas experimentales y simulacionesputacionales (incluyendo ‘corte’ aleatorio,o cortes de cizalla), los investigadores han podido evaluar y caracterizar la naturaleza de esta nueva forma de hielo, revelando su estructura distintiva y propiedades mecánicas únicas.
Según los autores, descubrir este hielo amorfo de densidad media ahora plantea preguntas interesantes. Una clave es saber si es solo un estado cristalino muy molido o ‘cortado’ o si podría representar el verdadero estado vítreo del agua líquida.
“La densidad de MDA y el agua líquida son muy similares. La gran pregunta es si son lo mismo”, dice Salzmann, quien anticipa los siguientes pasos para averiguarlo: “Las simulaciones porputadora serán muy importantes en el futuro, y creo que necesitaremos microscopía electrónica de alta resolución para la parte experimental. ”.
Cualquiera que sea la estructura exacta de este nuevo hielo amorfo, los autores creen que juega un papel en la geología del hielo a bajas temperaturas, por ejemplo, en las muchas lunas heladas del sistema solar y más allá.
Proceso similar en lunas heladas
“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”, explica Salzmann, “pero este de densidad media, MDA, podría existir dentro de las lunas heladas, donde las fuerzas de ‘corte’ actúan de manera similar a las del molino de bolas.
Las fuerzas de marea que, por atracción gravitatoria, inducen planetas gigantes gaseosos en estas lunas heladas podrían provocar ese proceso, dandoo resultado hielo de densidad media de otros tipos.
Incluso podría ocurrir el proceso contrario, y cuando se calienta a ciertas presiones, el MDA podría recristalizarse, liberando energía. Esto podría desempeñar un papel en el desencadenamiento de movimientos tectónicos.
“Creemos que esto puede ser relevante para la geofísica de las lunas heladas”, dice Salzmann, “sin embargo, para producir energía en la Tierra, las temperaturas simplemente serían demasiado bajas, ya que la gran cantidad de calor se libera a menos 120 grados. ”.
Enrique Sacristán A TRAVÉS DE