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Investigadores de la UNLV (Universidad de Nevada, Las Vegas) han descubierto una nueva forma de hielo, redefiniendo las propiedades del agua a altas presiones.
El agua sólida, o el hielo, es como muchos otros materiales en el sentido de que puede formar diferentes materiales sólidos en función de las condiciones variables de temperatura y presión, como el carbono que forma diamantes o grafito. 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 ha sido 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.
Al aumentar gradualmente la presión y dispararla periódicamente con el rayo láser, el equipo observó que el hielo de agua hacía 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.
Zach Grande, estudiante de doctorado de la UNLV, dirigió el trabajo que también 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.
Los hallazgos del equipo se publican en Physical Review B.
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 solo 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.
"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 en un comunicado. "Es la pieza que falta, 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.
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