Cientistas descobriram uma nova fase do gelo que pode se formar em temperatura ambiente.
Essa nova fase, batizada de gelo XXI, exige níveis extremos de pressão para se formar. Como o nome indica, ela é a vigésima primeira forma de gelo identificada até hoje, somando-se a uma variedade impressionante de estruturas já conhecidas, de formas hexagonais e cúbicas até tipos superiônicos, encontrados na superfície de gigantes gasosos e gelados como Netuno e Urano.
A descoberta amplia o entendimento sobre a complexidade do estado sólido da água e revela o quanto ainda há para aprender sobre uma substância tão comum. Além disso, pode ajudar a explicar como se formam os tipos exóticos de gelo observados em luas distantes do Sistema Solar.
A pesquisa foi conduzida por Geun Woo Lee, do Instituto Coreano de Padrões e Ciência (KRISS), em colaboração com cientistas do European X-Ray Free-Electron Laser Facility (XFEL), o maior laser de raios X do mundo, e do Centro Alemão de Pesquisa em Sincrotron (DESY).
O gelo XXI se forma quando a água é rapidamente comprimida a níveis de pressão extraordinários, mantendo-se estável apenas em condições extremamente específicas. É um caso raro entre as quase duas dezenas de formas conhecidas de gelo, já que a maioria delas surge em temperaturas muito altas ou muito baixas.
De acordo com Lee, a compressão rápida permite que a água permaneça líquida em pressões nas quais normalmente já teria cristalizado na forma de gelo VI, um tipo que acredita-se existir no interior das luas geladas Titã e Ganimedes. Em outras palavras, o gelo XXI parece representar um estágio intermediário entre a água líquida e as formas exóticas de gelo encontradas nesses corpos celestes.
Para observar o fenômeno, os pesquisadores usaram uma célula de bigorna de diamante, um dispositivo capaz de reproduzir pressões semelhantes às existentes no interior dos planetas. Dentro dessa câmara, a água foi submetida a dois gigapascais de pressão — cerca de vinte mil vezes a pressão atmosférica — e, em seguida, a pressão foi liberada em um intervalo de um segundo. O processo foi repetido centenas de vezes.
Mesmo em temperatura ambiente, as moléculas de água se rearranjaram em uma estrutura cristalina extremamente compacta. Com o uso do XFEL, os cientistas capturaram imagens do material a cada microssegundo, como se utilizassem uma câmera de altíssima velocidade, permitindo observar em tempo real a formação da nova estrutura de gelo.
“Com os pulsos exclusivos de raios X do XFEL europeu, identificamos múltiplos caminhos de cristalização na água comprimida e descomprimida mais de mil vezes com uma célula dinâmica de bigorna de diamante”, explicou Lee.
Segundo Rachel Husband, pesquisadora do DESY e coautora do estudo, os resultados indicam que pode existir um número ainda maior de fases metastáveis de gelo em altas temperaturas, além de novos caminhos de transição entre elas — o que pode fornecer pistas inéditas sobre a composição e a evolução das luas geladas do Sistema Solar.
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