Ciertamente, como humanidad, estamos todos familiarizados con el agua y su forma sólida: el hielo. Una forma peculiar porque, al observar con detalle, a pesar de ser sólida, cuando se agrega al agua la fase sólida se mantiene arriba y la fase líquida debajo. Es decir, el clásico “el hielo flota en agua”.
Parece algo sencillo: pasa de líquido a sólido, forma cristales hexagonales (como los copos de nieve) y flota. No obstante, ese detalle que damos por hecho es otra de las rarezas cósmicas de nuestro planeta.
La mayor parte de los hielos que existen fuera de la Tierra no flotan. Son más densos que el agua líquida y, por ende, se hunden. Comprender por qué no solo revela la estructura de los cristales de hielo, también define cómo circula el calor en océanos extraterrestres, si hay contacto entre agua y roca e incluso si puede existir un ecosistema estable bajo las placas de hielo.
Al “hielo normal” terrestre se le conoce como hielo Ih (estructura hexagonal). Al cristalizar, el agua se expande, baja su densidad y por eso una capa de hielo puede flotar y aislar el lago que queda debajo. Pero, así como existe el hielo Ih, hay decenas de fases distintas, sólidas y amorfas, que dependen de presión y temperatura. A grandes presiones aparecen los hielos de alta presión (II, III, V, VI, VII, VIII…), todos más densos que el agua líquida y, por ende, no flotan: se hunden y forman un manto sólido en el fondo de un océano profundo.
Este hecho cambia por completo la astrofísica de los mundos oceánicos. Un ejemplo es Europa, donde el océano probablemente está en contacto con el lecho rocoso, lo que permite intercambio químico y fuentes hidrotermales. En lunas más masivas como Ganimedes, Calisto e incluso Titán, la presión en el fondo sería suficientemente alta como para crear capas de hielo de alta presión entre el océano y la roca. Como resultado, el agua líquida queda atrapada entre un casquete de hielo “ligero”, similar al terrestre, y un suelo de hielo denso. No es una curiosidad: al eliminar el contacto con minerales silicatos, el ciclo de nutrientes, el pH y las fuentes de energía química se empobrecen. La habitabilidad no desaparece, pero se complica y obliga a imaginar ecosistemas alimentados por gradientes físicos y químicos más sutiles.
También existen los hielos amorfos (de baja, media y alta densidad) que se forman por enfriamiento ultrarrápido o por irradiación en el vacío. Son comunes en cometas, anillos y granos interestelares. Al no ser ordenados y dejar huecos en su estructura, pueden atrapar moléculas volátiles que, al calentarse, se liberan, explicando así la actividad cometaria y parte del “inventario” de compuestos orgánicos que llega a los planetas jóvenes.
Finalmente, en condiciones aún más extremas aparece una forma más radical: el agua superiónica. A decenas de gigapascales y miles de kelvin, los oxígenos forman una red casi fija y los protones se vuelven móviles y conductores, similar a un metal iónico. En el sentido convencional, este estado no es ni líquido ni sólido y se prevé en los interiores de Urano y Neptuno, lo que ayuda a explicar sus extraños campos magnéticos, desplazados y multipolares.
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¿Por qué esto es tan importante? Porque la flotabilidad determina la circulación. Si el hielo se hunde, se extrae calor del océano por el fondo y se bloquea el contacto agua-roca; si flota, el enfriamiento ocurre arriba y el fondo puede mantenerse activo. Además, la salinidad y los anticongelantes naturales, como amoníaco y metanol, cambian densidades y puntos de fusión, de modo que dos océanos con la misma profundidad pueden evolucionar de manera opuesta.
En los planetas y lunas oceánicas, que poseen cientos de kilómetros de columna de agua, las capas de hielo a alta presión crearían mundos estratificados, donde cada capa gobierna la siguiente: superficie congelada, océano líquido intermedio, hielo denso separando del manto rocoso y, quizá, una región conductora que afecta el campo magnético.
La lección es simple: solemos asumir que nuestro planeta es la norma, cuando, siendo objetivos, los diamantes son más comunes que la madera, un cielo del que caen diamantes es más común que uno del que cae agua líquida, y el hielo que se hunde es más común que el que flota. La Tierra es una rareza cósmica y disfrutamos de una excepción afortunada: el hielo que flota, que protege lagos y océanos y hace posible la vida como la conocemos. Cuando busquemos vida, no basta con detectar agua: hay que saber en qué forma se encuentra. Ahí comienza, de verdad, la astrobiología del agua.