A 2.357 ºC cuesta seguir utilizando la palabra hielo. El hierro ya estaría fundido. El agua de cualquier océano terrestre habría dejado de ser líquida muchísimo antes. Y, sin embargo, un diminuto fragmento de agua atrapado entre dos diamantes consiguió mantener una estructura cristalina mientras los científicos lo calentaban hasta 2.630 kelvin.
No era un cubito especialmente resistente.
Era una forma exótica de hielo superiónico, un estado de la materia donde los átomos de oxígeno permanecen organizados formando una red sólida mientras los núcleos de hidrógeno pueden desplazarse a través de ella casi como si fueran un líquido.
El equipo, encabezado por Alexis Forestier, del Comisariado francés de Energía Atómica y Energías Alternativas (CEA), acaba de observar además algo que hasta ahora se había predicho principalmente mediante cálculos: una nueva organización hexagonal compacta (hcp) del hielo en condiciones similares a las que podrían encontrarse en las profundidades de Urano y Neptuno. El trabajo fue aceptado en Physical Review Letters el 17 de julio.
Para mantener hielo a 2.357 ºC tuvieron que aplastarlo con una presión casi inimaginable
El secreto no está en conseguir que el agua ignore la temperatura. Está en la presión.
Los investigadores introdujeron cantidades microscópicas de agua dentro de una celda de yunque de diamante, un dispositivo que comprime una muestra entre las puntas de dos diamantes. Después utilizaron láseres para calentarla y rayos X de sincrotrón para observar cómo se reorganizaban los átomos mientras cambiaban la temperatura y la presión.
Llegaron hasta 219 gigapascales: unas 2,16 millones de veces la presión atmosférica terrestre. Bajo semejante compresión, los átomos de oxígeno no pueden simplemente alejarse unos de otros como ocurre cuando calentamos agua a presión normal. Permanecen formando una estructura cristalina mientras los hidrógenos adquieren una movilidad extraordinaria. Y cuanto más apretaban, más extraño se volvía.
A unos 155 GPa y 2.000 K, los investigadores encontraron una mezcla entre una estructura cúbica centrada en las caras (fcc) y la nueva organización hexagonal. A 197 GPa y 2.250 K, la señal de la estructura hcp aumentó. Finalmente, alrededor de 219 GPa y 2.630 K, prácticamente había tomado el control.
Es sólido y líquido prácticamente al mismo tiempo
Llamarlo hielo genera una imagen mental bastante equivocada. En el hielo convencional, oxígeno e hidrógeno permanecen ligados formando moléculas relativamente ordenadas. En el estado superiónico la situación es diferente: los oxígenos construyen el esqueleto sólido mientras los protones pueden desplazarse por su interior.
Ese movimiento convierte además al material en un buen conductor iónico. Investigaciones anteriores ya habían observado otras estructuras de hielo superiónico y propuesto que podrían existir en las capas interiores ricas en agua de los gigantes helados.
La novedad ahora está en la estructura. Por encima de aproximadamente 200 GPa y 1.800 K, los resultados indican que la configuración hcp podría volverse más estable que la fcc conocida anteriormente. Los científicos describen el cambio entre ambas como una transición martensítica: las capas de oxígeno reorganizan su apilamiento sin que el material tenga que fundirse primero.
Incluso existe la posibilidad de que los investigadores ya hubieran producido esta fase anteriormente sin darse cuenta. Al revisar datos de experimentos pasados, encontraron señales por encima de 130 GPa que ahora encajan con la estructura hcp.
Urano y Neptuno podrían esconder océanos que no se parecen en nada a un océano
El descubrimiento importa porque Urano y Neptuno son “gigantes helados” solo de nombre.
Sus interiores pueden alcanzar presiones y temperaturas enormes, y los modelos planetarios incluyen capas donde agua, amoníaco y metano adoptan estados completamente ajenos a los que conocemos en la superficie terrestre. Comprender qué estructuras adopta el agua allí resulta fundamental para modelar su interior.
También podría ayudar a explicar uno de sus grandes misterios: sus campos magnéticos, extraordinariamente inclinados y asimétricos comparados con el terrestre. Si distintas fases de hielo superiónico transportan carga de maneras diferentes, su presencia puede cambiar los modelos sobre cómo se generan esos campos.
Todavía falta medir con precisión la conductividad y las propiedades mecánicas de esta nueva fase hcp. Pero el experimento deja una imagen difícil de olvidar.
En la Tierra necesitamos bajar de 0 ºC para fabricar el hielo que conocemos. En las profundidades de otro planeta, más de 2.300 ºC pueden no ser suficientes para destruirlo: basta con apretarlo como si dos millones de atmósferas intentaran impedirle escapar.
