Gelo XXI inaugura uma estrutura cristalina inédita, com célula unitária gigante, obtida por compressão ultrarrápida em célula de bigorna de diamante e com comportamento comparável ao gelo de alta pressão de outros mundos
Uma colaboração internacional liderada por pesquisadores do Instituto Coreano de Pesquisa em Padrões e Ciência, o KRISS, acaba de anunciar a identificação do Gelo XXI, a 21ª estrutura sólida conhecida do gelo. O feito, detalhado em estudo na revista Nature Materials, adiciona um novo capítulo ao catálogo das fases do gelo ao revelar um arranjo cristalino que pode existir, por um breve período, em temperatura ambiente, embora exija pressões extremas para ser produzido.
Ao contrário do gelo comum, obtido ao resfriar a água abaixo de 0 ºC sob pressão atmosférica, o Gelo XXI emerge quando se manipula a pressão junto com a temperatura, forçando as moléculas de água a se reorganizarem em redes cristalinas diferentes. Com isso, surgem fases sólidas muito acima do ponto de congelamento tradicional, um campo de estudo que, ao longo de um século, já havia listado 20 formas únicas. Agora, o Gelo XXI se junta a essa família com características que chamam atenção pela complexidade e pelo potencial de comparação com ambientes planetários extremos.
Como o Gelo XXI foi produzido
O Gelo XXI foi criado sob 2 gigapascals (GPa), o equivalente a quase 20.000 vezes a pressão sentida na superfície da Terra. Essa condição supera a pressão encontrada até no fundo das fossas oceânicas mais profundas, evidenciando quão extraordinário é o ambiente necessário para essa fase existir.
Para alcançar essas condições, a equipe utilizou uma célula de bigorna de diamante dinâmica, conhecida pela sigla dDAC, um dispositivo capaz de comprimir a água quase instantaneamente. De acordo com o relato, “Eles o criaram supercomprimindo a água com um dispositivo de ponta chamado célula de bigorna de diamante dinâmica (dDAC*)”. Diferente das bigornas tradicionais, que comprimem gradualmente e podem induzir cristalizações indesejadas, a dDAC fez o processo em cerca de 10 milissegundos, minimizando danos mecânicos e conduzindo a água para a região de pressão do gelo VI, porém forçando a adotar uma estrutura jamais vista.
Segundo o estudo, “esta forma recém-identificada de gelo pode existir, ainda que por um breve período, à temperatura ambiente”. Isso significa que, apesar de não ser estável por longos intervalos, o Gelo XXI testa os limites do que se entende por fases sólidas da água em cenários de alta pressão e condições próximas às encontradas em corpos gelados do Sistema Solar.
O que torna a estrutura do Gelo XXI diferente
O Gelo XXI se distingue por uma célula unitária enorme e complexa, algo incomum entre as fases de gelo catalogadas até aqui. A célula unitária é a menor unidade que se repete na rede cristalina e, neste caso, ela apresenta um arranjo com formato retangular achatado, em que os dois lados da base possuem o mesmo comprimento. Esse padrão estrutural inédito amplia o repertório de possíveis geometrias do gelo e sugere interações moleculares sob pressão que ainda precisam ser totalmente compreendidas.
Em termos práticos, essa descoberta ajuda a refinar modelos teóricos e experimentais sobre como a água se comporta em ambientes extremos. Cada nova fase sólida adiciona peças ao quebra-cabeça do diagrama de fases da água, uma das substâncias mais estudadas da ciência, porém ainda repleta de surpresas quando submetida a combinações incomuns de pressão e temperatura.
Por que o Gelo XXI importa para a exploração espacial
Além do avanço fundamental em física e química da matéria condensada, o Gelo XXI tem implicações diretas para a ciência planetária. A densidade e o comportamento do novo gelo se aproximam das camadas de gelo de alta pressão que podem existir no interior de luas geladas, como Europa, de Júpiter, e satélites de Saturno. Em comunicado citado pelos pesquisadores, a coautora principal Dra. Lee Yun-Hee afirmou: “A densidade do Gelo XXI é comparável às camadas de gelo de alta pressão dentro das luas geladas de Júpiter e Saturno. Essa descoberta pode fornecer novas pistas para explorar as origens da vida sob condições extremas no espaço”.
Esse paralelo é relevante porque ambientes com gelo de alta densidade podem influenciar o transporte de calor, a dinâmica de oceanos subsuperficiais e a química que sustenta possíveis bioassinaturas. Ao reproduzir, em laboratório, condições análogas às de mundos distantes, os cientistas testam hipóteses sobre a habitabilidade e sobre como a água se organiza em profundidades onde a luz não chega, mas a pressão dita as regras.
O estudo do Gelo XXI complementa esforços para mapear recursos hídricos e fases sólidas em ambientes extraterrestres, apoiando missões que visam sondar o gelo de Europa e de outras luas com potenciais oceanos internos. Embora essa nova fase não deva ter aplicação imediata no cotidiano, ela representa um marco para entender como a água, substância central à vida, se comporta além da Terra.
Com a publicação na Nature Materials e a participação do KRISS em uma colaboração internacional, o Gelo XXI amplia a fronteira do conhecimento sobre as fases sólidas da água. À medida que novas técnicas, como a dDAC, se tornarem mais acessíveis, será possível explorar ainda mais o diagrama de fases e, quem sabe, revelar outras formas exóticas de gelo que conectem a física de laboratório às paisagens congeladas do Sistema Solar.