El agua en estado sólido se supone que puede formar un vidrio, lo que se conoce como hielo amorfo de baja densidad (LDA, por sus siglas en inglés). Durante décadas el LDA ha sido considerado un sólido desordenado, casi una “instantánea congelada” del agua líquida. Sin embargo, un nuevo estudio demuestra algo notable: este tipo de hielo no sería completamente amorfo, sino que contendría cristales diminutos en su seno. Las implicaciones de algo aparentemente tan trivial son enormes.

Dos modelos y un experimento muy ingenioso

El equipo de investigación recurrió a dos modelos computacionales muy utilizados en las simulaciones de las masas de agua para recrear el LDA. Ambos modelos —uno que simula el enfriamiento desde agua líquida y otro que reproduce el proceso de vitrificación desde un estado cristalino— no lograron generar un sólido totalmente caótico, amorfo. En cambio, en los dos casos surgieron nanocristales dispersos en la estructura amorfa.

Para validar estos resultados, los científicos complementaron las simulaciones con experimentos en el laboratorio muy ingeniosos. Produjeron hielo LDA a partir de dos rutas distintas: como deposición de vapor a muy baja temperatura y como calentamiento de hielo amorfo de alta densidad. Si el LDA fuese verdaderamente amorfo ambas rutas deberían obtener el mismo resultado. Sin embargo, comprobaron que, tras recristalizar, cada muestra mostraba diferencias en la proporción de estructuras cristalinas hexagonales. Esta “memoria” de la ruta de formación solo es posible si existen cristales microscópicos en el material

Este enfoque combinado, datos experimentales y modelado computacional, apunta a que el LDA no es un vidrio puro sino una forma parcialmente cristalina de hielo. Según los autores, la proporción estimada de cristales puede alcanzar hasta un 20 % del volumen total del material.

El LDA es uno de los sólidos más comunes del universo

¿Por qué importa este hallazgo? En primer lugar, porque revela la verdadera naturaleza de uno de los sólidos más comunes en el universo. El LDA se encuentra en cometas, nubes moleculares del espacio profundo e incluso en las capas superiores de las atmósferas planetarias. Si su estructura es parcialmente cristalina, esto puede alterar cómo interactúa con la luz, cómo se funde y cómo influye en la química del entorno.

LDA y las anomalías del agua

En segundo lugar, esta conclusión tiene implicaciones para entender las famosas “anomalías” del agua — fenómenos como su máxima densidad a 4 °C o la existencia de dos posibles estados líquidos en condiciones extremas. El hecho de que el LDA carezca de un equivalente líquido perfectamente correspondiente desafía ciertas teorías sobre el comportamiento del agua superenfriada En otras palabras, la existencia de estos nanocristales pone en entredicho el papel del LDA como referencia estructural para estudiar el agua en condiciones extremas.

Este hallazgo no solo refina nuestra comprensión del agua en condiciones extremas, sino que también invita a reevaluar qué entendemos por estructuras amorfas. Incluso en los sistemas aparentemente más desordenados, la naturaleza parece esconder un grado inesperado de organización.

Referencias:

M.B. Davies et al (2025) Low-density amorphous ice contains crystalline ice grains Physical Review B doi: 10.1103/PhysRevB.112.024203

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance