Esta nueva forma de hielo redefine propiedades del agua

Investigadores acaban de descubrir una nueva forma de hielo, redefiniendo las propiedades del agua a altas presiones.

Investigadores del Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada de la UNLV acaban de descubrir una nueva forma de hielo, redefiniendo las propiedades del agua a altas presiones.

El comportamiento del hielo se ha estudiado bastante en el seno de la ciencia, pero no ha sido hasta ahora que una de las fases de su formación se ha descubierto. El hallazgo ha sido realizado por investigadores del Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada de la UNVL y redefine las propiedades del agua a altas presiones. Tal como ocurre con el carbón que puede transformarse en grafito o en diamante. Sin embargo, el agua es excepcional en este aspecto, ya que conocemos al menos 20 formas sólidas de hielo.

Un equipo de científicos que trabajan en el Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada de la UNLV fue pionero en un nuevo método para medir las propiedades del agua bajo alta presión. La muestra de agua se exprimió primero entre las puntas de dos diamantes opuestos y se congeló en varios cristales de hielo revueltos. Luego, el hielo se sometió a una técnica de calentamiento por láser que lo derritió temporalmente antes de que se volviera a formar rápidamente en una colección de pequeños cristales en forma de polvo.

El principal descubrimiento es el que atañe al cambio de fase: al aumentar gradualmente la presión y dispararla periódicamente con el rayo láser, el equipo observó que el hielo de agua realizaba la transición de una fase cúbica conocida, Ice-VII, a la fase intermedia y tetragonal recién descubierta, Ice-VIIt, antes de instalándose en otra fase conocida, Ice-X.

Otra de las conclusiones es que cuando el agua se endurece, se lleva a cabo a una presión mucho más baja de lo que se pensaba hasta la fecha y un tema muy debatido durante décadas. En concreto, se produjo a presiones casi 3 veces más bajas, a 300.000 atmósferas en lugar de 1 millón.

"Se ha demostrado que esta transformación a un estado iónico ocurre a presiones mucho, mucho más bajas de lo que se creía antes", dice el físico de la UNLV, Ashkan Salamat. "Es la pieza que falta, y las mediciones más precisas jamás realizadas en el agua en estas condiciones".

El estudiante de doctorado Zach Grande de la UNLV, dirigió el trabajo en el cual se  demostró que la transición a Ice-X, cuando el agua se endurece agresivamente, ocurre a presiones mucho más bajas de lo que se pensaba anteriormente.

“Si bien es poco probable que encontremos esta nueva fase de hielo en cualquier parte de la superficie de la Tierra, es probable que sea un ingrediente común dentro del manto de la Tierra, así como en grandes lunas y planetas ricos en agua fuera de nuestro sistema solar” señala Grande en su estudio.

El equipo de investigación había estado trabajando para comprender el comportamiento del agua a alta presión que puede estar presente en el interior de planetas distantes.

Para hacerlo, Grande y el físico de la UNLV Ashkan Salamat, colocaron una muestra de agua entre las puntas de dos diamantes de corte redondo conocidos como celdas de yunque de diamante, una característica estándar en el campo de la física de alta presión. Aplicar un poco de fuerza a los diamantes permitió a los investigadores recrear presiones tan altas como las que se encuentran en el centro de la Tierra.

Al apretar la muestra de agua entre estos diamantes, los científicos dirigieron los átomos de oxígeno e hidrógeno en una variedad de arreglos diferentes, incluido el arreglo recién descubierto, Ice-VIIt.

La técnica de calentamiento por láser, primera en su tipo, no sólo permitió a los científicos observar una nueva fase del hielo de agua, sino que el equipo también descubrió que la transición a Ice-X se produjo a presiones casi tres veces más bajas de lo que se pensaba anteriormente, a 300.000 atmósferas en lugar de 1 millón.

Esta transición ha sido un tema muy debatido en la comunidad durante varias décadas.

Los colaboradores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore utilizaron una gran supercomputadora para simular el reordenamiento de los enlaces, prediciendo que las transiciones de fase deberían ocurrir precisamente donde fueron medidas por los experimentos.

“El trabajo de Zach ha demostrado que esta transformación a un estado iónico ocurre a presiones mucho, mucho más bajas de lo que se pensaba antes”, dijo Salamat. "Es la pieza que faltaba y las mediciones más precisas jamás realizadas en el agua en estas condiciones".

“El trabajo también recalibra nuestra comprensión de la composición de los exoplanetas”, agregó Salamat. Los investigadores plantean la hipótesis de que la fase de hielo Ice-VIIt podría existir en abundancia en la corteza y el manto superior de los planetas ricos en agua esperados fuera de nuestro sistema solar, lo que significa que podrían tener condiciones habitables para la vida.

Referencia:

Zachary M. Grande. Et al. Pressure-driven symmetry transitions in dense H2O ice. American Physical Society. 2022. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.104109
 
 
Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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