Un nuevo tipo de hielo, el hielo plástico, podría existir en planetas alienígenas

Recientemente, se ha observado un tipo inusual de hielo que se forma a altas temperaturas y presiones, presentando características tanto de hielo sólido como de agua líquida. Investigadores han logrado observarlo directamente por primera vez, publicando sus hallazgos en la revista Nature el 12 de febrero. Este descubrimiento podría mejorar nuestra comprensión de los mundos más allá de la Tierra.

¿Qué es el hielo plástico?

Livia Bove, física del CNRS en París, describe el hielo plástico como «algo intermedio entre un líquido y un cristal», destacando que es más maleable que el hielo tradicional. Su plasticidad, similar a la de la plastilina, permite que se moldee o deforme con mayor facilidad.

Bove explica que este tipo de hielo puede «atravesar un agujero y salir, incluso si sigue siendo sólido».

La estructura del hielo tradicional y el hielo plástico

El hielo común, conocido formalmente como hielo Ih, está compuesto por moléculas dispuestas en una estructura hexagonal similar a un panal de abejas. Cubos de hielo, glaciares y nieve están formados por este tipo de hielo.

Además del hielo Ih, existen al menos 20 fases de hielo conocidas, que se forman bajo diferentes condiciones de presión y temperatura. A presiones superiores a 20,000 kilogramos por centímetro cuadrado, el hielo se transforma en hielo VII, cuyas moléculas están densamente empaquetadas en una estructura cúbica similar a un cubo de Rubik. El hielo VII se ha encontrado atrapado en diamantes del manto terrestre y se cree que también existe en el interior de otros planetas.

Algunas fases de hielo solo existen en teoría, ya que nunca han sido observadas directamente.

Predicción y observación del hielo plástico VII

Hace más de 15 años, modelos informáticos predijeron que si el hielo VII se calentara y se sometiera a presiones extremas, sus moléculas de agua individuales comenzarían a rotar libremente, como en un líquido, pero permanecerían en su lugar, como en un sólido. Esta fase simulada, que compartía la misma estructura cristalina cúbica que el hielo VII, se denominó hielo plástico VII. Sin embargo, los científicos no sabían si realmente existía, ya que realizar pruebas a presiones tan altas era imposible en ese momento.

El nuevo estudio y el uso de neutrones

En el nuevo estudio, Bove y su equipo utilizaron una herramienta relativamente nueva que mide los movimientos de las moléculas bajo presiones extremas. Esta herramienta dispara partículas diminutas llamadas neutrones a las moléculas.

Estos neutrones interactúan con las moléculas de las muestras y, dependiendo del movimiento de las moléculas, ganan o pierden energía, dispersándose hacia un detector. Al medir las energías de los neutrones dispersos, el equipo de Bove pudo determinar cómo se movían las moléculas de hielo e identificar la fase de hielo que se había formado.

A temperaturas superiores a 177° Celsius y a una presión 28 veces mayor que la del punto más profundo de los océanos terrestres, el equipo de Bove observó el hielo plástico VII. Tal como se esperaba, su estructura formaba una red cristalina cúbica y sus moléculas rotaban casi tan rápido como las del agua líquida.

Comportamiento molecular del hielo plástico

En el agua líquida, las moléculas individuales pueden moverse y rotar libremente, mientras que en el hielo sólido solo pueden vibrar en su lugar. En el hielo plástico, las moléculas de agua se mantienen en su lugar pero pueden rotar.

Rotaciones moleculares «a tirones»

Sin embargo, un detalle difirió de lo que se había predicho. En lugar de girar libremente, las moléculas del hielo plástico VII parecían girar con movimientos bruscos. A medida que giraban, rompían los enlaces de hidrógeno que las unían a una molécula vecina y luego giraban rápidamente para unirse a otra, explica Bove. Estas rotaciones a saltos podrían hacer que el hielo plástico sea más elástico que si sus moléculas giraran libremente, y también podría conducir mejor el calor.

Implicaciones para las lunas heladas y los exoplanetas

Baptiste Journaux, científico planetario de la Universidad de Washington en Seattle, sugiere que el hielo plástico VII podría haber existido al principio de la formación de la luna Europa de Júpiter y de otras lunas heladas de nuestro sistema solar, como Titán de Saturno. El hielo plástico VII podría haberse formado en ese momento porque el agua aún no había escapado de los interiores de alta presión de esas lunas.

Las nuevas observaciones podrían ayudar a los investigadores a reconstruir la historia de cómo han cambiado estas lunas con el tiempo, afirma.

Además, este tipo de hielo podría encontrarse en el fondo de océanos muy profundos en exoplanetas. Los científicos creen que el hielo plástico podría cubrir los fondos marinos de estos océanos.

Sería interesante averiguar si los nutrientes del fondo marino podrían moverse a través del hielo plástico y llegar a los océanos superiores, señala Journaux. «Eso alimentaría el océano con más nutrientes», lo que podría hacerlo más habitable.

Glosario de términos clave

• Enlace: (en química) Una unión semipermanente entre átomos, o grupos de átomos, en una molécula. Se forma por una fuerza de atracción entre los átomos participantes. Una vez enlazados, los átomos funcionan como una unidad. Para separar los átomos componentes, es necesario suministrar energía a la molécula en forma de calor u otro tipo de radiación.
• Modelo informático: Un programa que se ejecuta en un ordenador y que crea un modelo, o simulación, de un rasgo, fenómeno o acontecimiento del mundo real.
• Cristal: (adj. cristalino) Un sólido que consiste en una disposición simétrica, ordenada y tridimensional de átomos o moléculas. Es la estructura organizada que adoptan la mayoría de los minerales. El apatito, por ejemplo, forma cristales de seis lados. Los componentes cristalinos de una roca suelen ser demasiado pequeños para ser vistos a simple vista.
• Diamante: Una de las sustancias más duras conocidas y una de las gemas más raras de la Tierra. Los diamantes se forman en las profundidades del planeta cuando el carbono se comprime bajo una presión increíblemente fuerte.
• Europa: Una de las 95 lunas con nombre de Júpiter y el sexto satélite más cercano al planeta. Europa, de 1.951 millas de diámetro, tiene una red de líneas oscuras sobre una superficie brillante y helada.
• Exoplaneta: Abreviatura de planeta extrasolar, es un planeta que orbita una estrella fuera de nuestro sistema solar.
• Glaciar: Un río de hielo de movimiento lento con cientos o miles de metros de profundidad. Los glaciares se encuentran en valles de montaña y también forman parte de las capas de hielo.
• Habitable: Un lugar adecuado para que los humanos u otros seres vivos habiten cómodamente.
• Hidrógeno: El elemento más ligero del universo. Como gas, es incoloro, inodoro y muy inflamable. Es una parte integral de muchos combustibles, grasas y productos químicos que componen los tejidos vivos. Está formado por un solo protón (que sirve como su núcleo) orbitado por un solo electrón.
• Red: (en química) La disposición tridimensional de los átomos o iones en un cristal.
• Líquido: Un material que fluye libremente pero mantiene un volumen constante, como el agua o el aceite.
• Manto: (en geología) La gruesa capa de la Tierra que se encuentra debajo de su corteza exterior. El manto es semisólido y generalmente se divide en un manto superior e inferior.
• Molécula: Un grupo eléctricamente neutro de átomos que representa la menor cantidad posible de un compuesto químico. Las moléculas pueden estar formadas por un solo tipo de átomos o por diferentes tipos. Por ejemplo, el oxígeno del aire está formado por dos átomos de oxígeno (O2), pero el agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O).
• Luna: El satélite natural de cualquier planeta.
• Neutrón: Una partícula subatómica que no tiene carga eléctrica y que es una de las piezas básicas de la materia. Los neutrones pertenecen a la familia de partículas conocidas como hadrones.
• Nutriente: Una vitamina, un mineral, una grasa, un carbohidrato o una proteína que una planta, un animal u otro organismo necesita como parte de su alimento para sobrevivir.
• Partícula: Una cantidad diminuta de algo.
• Físico: Un científico que estudia la naturaleza y las propiedades de la materia y la energía.
• Planeta: Un objeto celeste grande que orbita una estrella pero que, a diferencia de una estrella, no genera luz visible.
• Plástico: Cualquiera de una serie de materiales que son fácilmente deformables; o materiales sintéticos que se han fabricado a partir de polímeros (largas cadenas de alguna molécula de bloque de construcción) que tienden a ser ligeros, baratos y resistentes a la degradación. (adj.) Un material que es capaz de adaptarse cambiando de forma o posiblemente incluso cambiando su función.
• Plasticidad: Adaptable o remodelable.
• Presión: Fuerza aplicada uniformemente sobre una superficie, medida como fuerza por unidad de área.
• Sistema solar: Los ocho planetas principales y sus lunas en órbita alrededor de nuestro sol, junto con cuerpos más pequeños en forma de planetas enanos, asteroides, meteoroides y cometas.
• Sólido: Firme y estable en su forma; no líquido ni gaseoso.
• Teoría: (en ciencia) Una descripción de algún aspecto del mundo natural basada en amplias observaciones, pruebas y razones. Una teoría también puede ser una forma de organizar un amplio cuerpo de conocimientos que se aplica en una amplia gama de circunstancias para explicar lo que sucederá. A diferencia de la definición común de teoría, una teoría en ciencia no es solo una corazonada. Las ideas o conclusiones que se basan en una teoría, y aún no en datos u observaciones firmes, se denominan teóricas. Los científicos que utilizan las matemáticas y/o los datos existentes para proyectar lo que podría suceder en nuevas situaciones se conocen como teóricos.
• Titán: (en astronomía) Una de las muchas lunas del planeta Saturno.
• Rasgo: Una característica de algo.