¿Qué es el hielo 'caliente'?

A alta presión y temperatura, el agua forma dos fases cristalinas, conocidas como hielos calientes "negros" debido a su opacidad parcial. Una caracterización detallada de estas fases puede explicar la formación de campos magnéticos en planetas gigantes helados como Neptuno y Urano. 

Esta es una de las conclusiones de una nueva investigación publicada en Nature Physics, que revela que una capa de "hielo caliente" eléctricamente conductor podría ser lo que genere los campos magnéticos estos planetas.

El hielo superiónico es un tipo inusual que se forma a presiones y temperaturas elevadas. Se trata de "una forma cristalina especial, mitad sólida, mitad líquida y eléctricamente conductora" cuya existencia "se ha predicho a partir de varios modelos y ya se ha observado en varias ocasiones en condiciones de laboratorio muy extremas", detalla en un comunicado el Centro Alemán de Investigación en Geociencias GFZ Potsdam, uno de los organismos que formó parte del nuevo estudio.

¿Cómo explicar los campos magnéticos de Urano y Neptuno?

Recientemente, un equipo de científicos dirigido por Vitali Prakapenka de la Universidad de Chicago ha medido la estructura y las propiedades de dos fases de hielo superiónicas. Para ello, "llevaron agua a presiones y temperaturas extremadamente altas en una celda de yunque de diamante calentada con láser", detallan.

Simultáneamente, analizaron las muestras con respecto a la estructura y la conductividad eléctrica. Los resultados proporcionan nueva información sobre el espectro de las manifestaciones del agua. Además, "pueden ayudar a explicar los campos magnéticos inusuales de los planetas Urano y Neptuno, que contienen mucha agua". 

¿Cómo se forma el hielo superiónico?

"El agua es un compuesto químico relativamente simple que consta de un oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Sin embargo, con su comportamiento a menudo inusual, todavía no se comprende completamente", asegura el geofísico en GFZ Potsdam, Sergey Lobanov. En este sentido, los intereses físicos y geocientíficos fundamentales "se unen porque el agua juega un papel importante dentro de muchos planetas". 

No únicamente para saber más sobre la formación de la vida y los paisajes, "sino también para la formación de sus campos magnéticos planetarios inusuales", añade el experto. Para llevar a cabo su estudio, los científicos utilizaron la difracción de rayos X y observaron cómo cambiaba la estructura cristalina en condiciones más extremas. 

En primer lugar, los expertos produjeron hielo VII o X a partir de agua a temperatura ambiente aumentando la presión a varias decenas de Gigapascal. Después, a presión constante, incrementaron la temperatura calentándola con luz láser mientras observaban cómo cambiaba la estructura del hielo cristalino.

"Solo el oxígeno permaneció fijo y formó su propia red cristalina cúbica. A medida que aumentaba la temperatura, el hidrógeno se ionizaba, es decir, cedía su único electrón a la red de oxígeno", explican. El núcleo atómico pasaba a través de este sólido convirtiéndolo en conductor eléctrico. "Así se crea un híbrido de sólido y líquido: hielo superiónico".