Los interiores de varios de los planetas y lunas de nuestro Sistema Solar están helados, y también se ha encontrado hielo en planetas extrasolares distantes. Pero estos cuerpos no están llenos del tipo regular de hielo de agua que evitas en la acerainvierno. El hielo que se encuentra dentro de estos objetos debe existir bajo presiones extremas y altas temperaturas, y potencialmente también contiene impurezas saladas.
Una nueva investigación de un equipo que incluye a Alexander Goncharov de Carnegie se centra en la física subyacente a la formación de los tipos de hielo que son estables bajo las condiciones aparentemente paradójicas que probablemente se encuentren en los interiores planetarios. Su trabajo, publicado por Actas de la Academia Nacional de Ciencias , podría desafiar las ideas actuales sobre las propiedades físicas que se encuentran dentro de los cuerpos planetarios helados.
Cuando el agua H2O se congela en hielo, las moléculas se unen en una red cristalina unida por enlaces de hidrógeno. Debido a la versatilidad de estos enlaces de hidrógeno, el hielo revela una sorprendente diversidad de al menos 16 estructuras cristalinas diferentes. Pero la mayoríade estas estructuras no podrían existir en el interior de planetas y lunas congelados.
Bajo altas presiones, la variedad de posibles estructuras de hielo se reduce, al igual que el espacio entre sus átomos de oxígeno unidos por hidrógeno a medida que el hielo se vuelve más denso. Cuando la presión aumenta a más de aproximadamente 20,000 veces la atmósfera de la Tierra 2 gigapascales, estoel número de estructuras de hielo posibles se reduce a solo dos: hielo VII y hielo VIII. El hielo ordinario tiene una estructura hexagonal. El hielo VII tiene una estructura cúbica. El hielo VIII tiene una estructura tetragonal.
A medida que la presión aumenta aún más, ambas formas de hielo se transforman en otra fase llamada hielo X. Esto sucede a presiones alrededor de 600,000 veces la atmósfera de la Tierra 60 gigapascales, lo que sería comparable a las condiciones de presión encontradas en el interior de un hielo.planeta con núcleo, como Neptuno o Urano. El hielo X tiene un nuevo tipo de estructura reticular simétrica. Se llama hielo no molecular, porque la molécula de agua se rompe y los átomos de hidrógeno se comparten entre los oxígenos vecinos.
Bajo presiones similares pero temperaturas más altas, se ha sugerido que el hielo X podría transformarse en una fase de hielo que puede conducir electricidad a medida que los átomos de hidrógeno se mueven libremente alrededor de la red de oxígeno. Pero cómo se formaría ese hielo a las temperaturas que se encuentran enlos interiores planetarios han permanecido misteriosos.
Debido a que los interiores de los cuerpos planetarios helados también pueden ser salados, debido a las interacciones entre el hielo y las rocas circundantes o un océano líquido, la autora principal Livia Eleonora Bove del CNRS y la Universidad Pierre et Marie Curie en Francia y la Ecole Polytechnique Federalde Lausanne en Suiza y el resto del equipo estudiaron los efectos de las sales en la formación del hielo X a partir del hielo VII.
Descubrieron que la inclusión de sales en el hielo VII, tanto el cloruro de sodio ordinario NaCl que tiene en su mesa como el cloruro de litio estructurado de manera similar LiCl, hace que la formación de hielo X ocurra cada vez más altopresiones. Dichas sales podrían haberse incorporado fácilmente como impurezas cuando la materia se acumulaba durante el proceso de formación planetaria y estar presente en rocas o agua líquida con la que interactúa el núcleo de hielo.
"Estos hallazgos podrían desafiar nuestro pensamiento actual sobre la física que ocurre en el interior de los cuerpos planetarios helados", dijo Goncharov. "Todos nuestros supuestos actuales se basan en el comportamiento del hielo sin impurezas".
La presencia de sal también podría crear las condiciones bajo las cuales se formaría el tipo de hielo teóricamente conductor de electricidad. De ser así, esto podría explicar los campos magnéticos de Urano y Neptuno, propuso el equipo.
Los otros miembros del equipo fueron: Richard Gaal y Philippe Gillet de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne; y Zamaan Raza, Adriaan-Alexander Ludl, Stefan Klotz y Antonino Marco Saitta de la Université Pierre et Marie Curie Raza también de la Universidad de Linköpingen Suecia.
Este trabajo fue apoyado por la NSF suiza, los fondos estatales franceses administrados por ANR dentro del programa PACS de Blanc International, el programa Investissements d'Avenir, en el marco del Clúster de Excelencia MATISSE dirigido por las Universidades de la Sorbona.
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Materiales proporcionado por Institución Carnegie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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