Científicos encuentran atrapado dentro de un diamante un tipo de hielo desconocido en la Tierra

Atrapados en la estructura rígida de diamantes formados en las profundidades de la corteza terrestre, los científicos han descubierto una forma de hielo de agua que previamente no se sabía que existiera naturalmente en nuestro planeta.

El hallazgo, publicado el jueves en Science, representa la primera detección de hielo natural VII (ICE VII) que se haya encontrado en la Tierra. Y como a veces sucede en el proceso científico, fue descubierto completamente por accidente.

Ice-VII es aproximadamente una vez y media más densa que el hielo común que ponemos en nuestras bebidas y la estructura cristalina de sus átomos también es diferente.

En el hielo normal, conocido como hielo-I, los átomos de oxígeno se organizan en forma hexagonal. En el hielo VII, estos átomos están dispuestos en forma cúbica.

Oliver Tschauner, profesor de geociencia en la Universidad de Nevada, Las Vegas, explicó que en realidad hay varias fases conocidas de hielo de agua que se forman bajo diferentes condiciones de presión y temperatura.

Eso es inusual. Generalmente, cuando se somete una fase sólida de la materia a cantidades crecientes de presión, el espacio entre los enlaces químicos disminuirá un poco, y los enlaces se inclinarán ligeramente el uno hacia el otro, dijo Tschauner, quien dirigió el nuevo trabajo. Eso se llama compresibilidad.

Pero el hielo de agua tiene una compresibilidad muy baja. Cuando se somete a demasiada presión, los átomos no se juntan. En cambio, se reorganizan en diferentes patrones.

Por ejemplo, si presionas lo suficiente sobre hielo-I, se transformará en hielo-II, que tiene una estructura romboédrica. Aumente la presión una vez más y los átomos se reorganizarán en hielo-III, luego IV, V, VI y VII.

A diferencia de las otras fases del hielo, sin embargo, el hielo VII permanece bastante estable incluso cuando la presión aumenta.

Los científicos creen que el hielo VII se puede encontrar en gran abundancia en el sistema solar, tal vez en el interior de lunas de hielo como Encelado y Europa, o como parte del fondo oceánico de Titán. Pero no pensaron que podría ocurrir naturalmente en la Tierra.

Las presiones que el hielo-VII requiere para formarse se pueden encontrar en nuestro planeta, pero existen solo en las profundidades del manto donde la temperatura es demasiado cálida para que esta forma de hielo sea estable.

Trabajos previos han demostrado que el hielo VII puede sintetizarse en el laboratorio, pero el nuevo estudio reveló que pequeñas cantidades del material también pueden formarse naturalmente aquí en la Tierra, gracias a las propiedades peculiares de los diamantes.

Los diamantes se pueden formar muy profundo en el manto de la Tierra, tanto como 400 millas debajo de la corteza. Como parte de su proceso de formación, ocasionalmente encapsularán pequeños fragmentos del entorno químico a su alrededor en lo que se denominan inclusiones.

La convección natural del manto transportará eventualmente una porción de estos diamantes a la superficie de la Tierra. Cuando eso sucede, también sacan a relucir otros materiales de la Tierra profunda en la forma de estas inclusiones.

Lo especial de las inclusiones en diamantes es que el material atrapado dentro de ellas permanece bajo la misma presión que durante el tiempo en que fue encapsulado.

“La retícula de diamante no se relaja mucho, por lo que el volumen de la inclusión permanece casi constante ya sea en el manto de la Tierra o en la mano”, dijo Tschauner.

Debido a esta propiedad, los diamantes son la principal fuente de muestras de las profundidades de la Tierra, dijo George Rossman, un mineralogista de Caltech que trabajó en el estudio.

“Por lo general, los minerales extremadamente profundos que llegan a la superficie no son estables una vez que experimentan bajas presiones”, dijo Rossman. “Se rompen y las inclusiones que tienen en ellos se pierden. Pero si un diamante sale lo suficientemente rápido, no cambia”.

Los diamantes que se forman en el manto de la Tierra originalmente no capturan el hielo VII debido a que el manto está demasiado caliente para que exista hielo VII.

Sin embargo, como descubrieron los autores, los diamantes pueden atrapar pequeñas burbujas de agua presurizada extremadamente densa cuando se forman. Luego, a medida que el diamante se mueve hacia arriba a través del manto, la inclusión de agua se somete a temperaturas más frías y permanece bajo las mismas condiciones de presión. En ese caso muy específico, el hielo VII puede ocurrir.

Tschauner confiesa sinceramente que él y su equipo no se propusieron intencionalmente buscar el hielo VII en diamantes. En cambio, estaban buscando una fase inusual de dióxido de carbono.

Pero mientras escaneaban los diamantes con rayos X de alta intensidad, vieron algo más: la primera evidencia concluyente del hielo-VII en el planeta.

“Estábamos muy entusiasmados con eso”, dijo Tschauner.

Gracias a su descubrimiento, Ice-VII ha sido reconocido por primera vez como mineral por la Asociación Internacional de Mineralogía.

Encontrar el hielo-VII, incluso por accidente, fue una emoción para todo el equipo. “El agua en diamantes no es desconocida, pero al encontrar esta forma de hielo de agua de alta presión intacta, eso fue realmente fortuito”, dijo. “Eso es lo que llamas descubrimiento”.

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