A água sólida que conhecemos no dia a dia é apenas uma das muitas formas possíveis do gelo. Em linguagem científica, o “gelo comum” da Terra chama-se gelo I, mas não é, de todo, a única opção: se o mesmo H2O for submetido a combinações diferentes de temperatura e pressão, pode organizar-se em mais de 20 fases distintas. Noutros mundos, como Neptuno, até é plausível imaginar extraterrestres a colocarem gelo XVIII nas bebidas.
Gelo XXI: a nova fase do gelo descoberta a temperatura ambiente
Num conjunto de experiências realizadas com o maior laser de raios X do mundo, os cientistas identificaram uma fase inesperada: o gelo XXI, uma forma invulgar que surge à temperatura ambiente, mas apenas quando a água é forçada a condições de pressão extrema.
O que torna o gelo XXI diferente de todas as fases já conhecidas é a sua estrutura cristalina tetragonal. Em vez de um arranjo simples e repetitivo, apresenta unidades repetidas bastante grandes, cada uma composta por 152 moléculas de água, um detalhe estrutural que o distingue claramente dos restantes tipos de gelo.
Como o gelo XXI se forma: XFEL Europeu e célula de bigorna de diamante
Apesar de soar a curiosidade para “cubos de gelo especiais”, não é algo que se consiga criar num congelador doméstico - nem, na prática, em qualquer congelador. Para o obter, foi necessário recorrer a uma célula de bigorna de diamante no Laser de Raios X de Electrões Livres Europeu (XFEL Europeu), na Alemanha.
Nesse dispositivo, os investigadores comprimiram água até 2 gigapascais, o equivalente a cerca de 20 000 vezes a pressão do ar ao nível do mar, e fizeram-no em apenas 10 milissegundos.
De seguida, a pressão foi aliviada de forma relativamente gradual - ao longo de aproximadamente um segundo - e o ciclo foi repetido. Durante todo o procedimento, os raios X registaram a evolução do material a um ritmo impressionante: um milhão de imagens por segundo, permitindo acompanhar, instante a instante, como a estrutura cristalina se transformava.
Este tipo de abordagem é particularmente valioso porque não se limita a observar “o resultado final”: revela também os passos intermédios pelos quais a água passa quando é empurrada rapidamente para um estado extremo e depois devolvida a condições menos severas. É precisamente nesses momentos de transição que podem emergir fases raras como o gelo XXI.
Um passo intermédio no caminho para o gelo VI
Os dados indicam que o gelo XXI não é necessariamente um destino estável e permanente, mas sim uma de várias etapas intermédias possíveis enquanto a água evolui para uma fase exótica chamada gelo VI.
“Com os pulsos de raios X únicos do XFEL Europeu, revelámos múltiplas vias de cristalização no H2O, que foi comprimido e descomprimido rapidamente por mais de 1 000 vezes usando uma célula dinâmica de bigorna de diamante”, afirma Geun Woo Lee, físico do Instituto Coreano de Investigação de Normas e Ciência.
Porque é que esta descoberta importa para luas e planetas gelados
Segundo os investigadores, a existência do gelo XXI reforça a ideia de que podem ainda existir outras fases de gelo desconhecidas, especialmente em ambientes com pressões elevadas como os que se suspeita existirem no interior de luas e planetas gelados. Em termos de ciência planetária, cada nova fase identificada ajuda a refinar modelos sobre a dinâmica interna desses corpos celestes - desde a forma como o calor se desloca até à maneira como camadas de gelo podem deformar-se e reorganizar-se.
Além disso, mapear as várias “rotas” de cristalização do H2O sob compressão e descompressão rápidas contribui para compreender melhor o comportamento da água em condições extremas, um conhecimento relevante tanto para a física dos materiais como para a interpretação de dados obtidos por missões espaciais.
A investigação foi publicada na revista Materiais da Natureza.
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