Un equipo de científicos han descubierto una forma de hielo desconocida hasta ahora, más parecida al agua líquida que ninguna otra.

Se trata de hielo amorfo, una forma que no se encuentra en la naturaleza terrestre. Ello se debe a que sus átomos no están dispuestos en un patrón cristalino ordenado y repetitivo, sino mezclados entre sí, como en un omnishambles atómico (una situación de desorden total).

Pero el hielo amorfo resultante de los experimentos del equipo, un proceso denominado molienda de bolas, no se parece a ningún otro hielo amorfo jamás visto.

El hielo amorfo (amorphous ice) suele ser de baja densidad, en torno a 0.94 gramos por centímetro cúbico, o 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, una cifra increíblemente cercana a la densidad del agua, de 1 gramo por centímetro cúbico.

Hielo amorfo de densidad media

Los investigadores, dirigidos por el químico Alexander Rosu-Finsen, del University College London (Reino Unido), han bautizado la nueva forma como medium-density amorphous ice (MDA) o hielo amorfo de densidad media.

Christoph Salzmann, del University College London, dijo en un comunicado:

“El agua es la base de toda la vida. Nuestra existencia depende de ella, lanzamos misiones espaciales en su busca y, sin embargo, desde un punto de vista científico no se conoce bien.

“Conocemos 20 formas cristalinas de hielo, pero sólo se han descubierto hasta ahora dos tipos principales de hielo amorfo, conocidos como hielos amorfos de alta y baja densidad. Existe una enorme diferencia de densidad entre ambos y la creencia generalizada ha sido que no existe hielo dentro de ese intervalo de densidad.

Nuestro estudio demuestra que la densidad del MDA se encuentra precisamente dentro de esa brecha de densidad y este hallazgo puede tener consecuencias de gran alcance para nuestra comprensión del agua líquida y sus muchas anomalías”.

El agua, sin andarse con rodeos, es simplemente extraña. Como es tan ubicua y necesaria para nuestra supervivencia, no solemos pensar mucho en ella, pero no sigue las mismas reglas que otros líquidos.

Es un disolvente universal, es decir, muchas otras sustancias se disuelven fácilmente en él. Su tensión superficial es inusualmente alta en comparación con otros líquidos, al igual que su punto de ebullición.

Y su densidad en condiciones de enfriamiento es quizá lo más extraño de todo: cuando la mayoría de los líquidos se congelan, su densidad aumenta. El agua hace lo contrario: se vuelve menos densa, lo que significa que el hielo de agua es generalmente menos denso que el agua. Por eso los cubitos de hielo flotan en la bebida.

Una forma diferente de hielo

Pero no todo el hielo se crea igual. Aquí en la Tierra, el hielo adopta naturalmente una forma cristalina, con sus átomos dispuestos en un patrón hexagonal que se repite. Por eso los copos de nieve tienden a ser hexagonales. Sin embargo, en el casi vacío del espacio, el hielo suele ser amorfo, porque los átomos no retienen suficiente energía térmica para moverse y formar una estructura cristalina.

La brecha de densidad en el hielo amorfo era bastante fundamental para nuestra comprensión del agua. De hecho, investigaciones y simulaciones anteriores descubrieron que la división podría significar que el agua existe como dos líquidos separados a temperaturas muy frías, incluso coexistiendo como el aceite y, bueno, el agua, en lugar de mezclarse si las condiciones fueran las adecuadas. Sabemos que el agua ha hecho cosas más raras.

Parte del aparato experimental utilizado para triturar el hielo. Crédito: Christoph Salzmann

Pero entonces Rosu-Finsen y sus colegas echaron mano de unas bolas de acero. La molienda de bolas es una técnica industrial utilizada para moler o mezclar materiales. Los investigadores utilizaron nitrógeno líquido para enfriar un frasco de molienda a -200 grados Celsius (-328 grados Fahrenheit), añadieron hielo de agua normal y agitaron las cosas.

Rosu-Finsen agrega:

“Agitamos el hielo como locos durante mucho tiempo y destruimos la estructura cristalina. En lugar de acabar con trozos de hielo más pequeños, nos dimos cuenta de que habíamos dado con un tipo de cosa totalmente nueva, con algunas propiedades notables”.

No se forma en la naturaleza

Aún no está muy claro qué significan estas propiedades. El MDA podría ser un estado “vítreo” del 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 no es más que una forma sólida de dióxido de silicio líquido. Pero el MDA también podría ser simplemente hielo cristalino fuertemente cizallado.

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Esto sugiere que nuestros modelos actuales del agua deben ser reexaminados para averiguar dónde encaja el MDA en el cuadro. Pero ya resulta prometedor para explicar algunas de las formas en que se comporta el hielo de agua en el Universo.

Los investigadores experimentaron para ver qué ocurre cuando el MDA recristaliza, comprimiéndose y calentándose. Descubrieron que este proceso libera una sorprendente cantidad de energía, lo que sugiere que el MDA podría desempeñar un papel en la actividad tectónica de mundos con incrustaciones de hielo, como la luna joviana Ganímedes.

Y el descubrimiento también muestra potencial para futuros experimentos y sondeos de las peculiares propiedades del agua.

Andrea Sella, del University College London, dijo en un comunicado:

“Hemos demostrado que es posible crear lo que parece un tipo de agua en stop-motion.

Es un hallazgo inesperado y bastante sorprendente”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Science.

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