Científicos descubren una identidad desconocida del agua bajo presión que podría existir en el interior de otros planetas
Bajo una presión millones de veces superior a la de la atmósfera terrestre, el agua deja de comportarse como la sustancia familiar que conocemos y adopta una estructura inesperada. El hallazgo, logrado en laboratorio por físicos de la Universidad de Nevada, abre una ventana al extraño interior de mundos como Urano y Neptuno.
Por Enrique Coperías, periodista científico
El agua que bebemos, la que llena los océanos y la que se congela en nuestros frigoríficos tiene algo en común: todas esas formas pertenecen a un elemento cuyo comportamiento todavía guarda secretos extraordinarios. Aunque su fórmula química, H₂O, parece sencilla, el líquido vital puede experimentar transformaciones tan profundas bajo determinadas condiciones que su estructura interna deja de parecerse a la que conocemos en la Tierra.
Un equipo internacional de físicos dirigido por la Universidad de Nevada en Las Vegas (UNLV) acaba de encontrar una nueva prueba de esa sorprendente capacidad de transformación. Al someter agua sólida a presiones extremas, los investigadores han observado que sus átomos abandonan una organización cúbica muy simétrica y adoptan una estructura más compleja.
El descubrimiento, publicado en la revista científica Communications Chemistry, demuestra que aumentar la presión sobre el agua no siempre conduce a estructuras atómicas más sencillas y regulares. En determinadas circunstancias sucede precisamente lo contrario.
El hallazgo interesa mucho más allá de los laboratorios de física. Las presiones alcanzadas en el experimento se encuentran dentro de los intervalos contemplados en algunos modelos del interior de Urano y Neptuno, dos planetas donde el agua podría existir en estados radicalmente diferentes de los terrestres.
🗣️ «El agua, cuando se encuentra en condiciones distintas de las terrestres, presenta un comportamiento mucho más complejo de lo que jamás habíamos imaginado —explica Ashkan Salamat, físico de la UNLV, director del Laboratorio de Condiciones Extremas de Nevada y responsable de la investigación. Y añade—: Es asombroso cómo puede comportarse el agua bajo presión».
¿Qué han descubierto los científicos sobre el agua a presiones extremas?
El resultado central de la investigación es la identificación experimental de una transformación estructural del hielo X, una forma de agua sólida que solo puede existir bajo presiones extraordinariamente elevadas.
Hasta ahora, esta fase se caracterizaba por una estructura cristalina cúbica: los átomos de oxígeno e hidrógeno se distribuyen siguiendo un patrón geométrico muy regular.
Sin embargo, cuando los investigadores elevaron la presión hasta aproximadamente 222 gigapascales (GPa), con una incertidumbre de 12 GPa, comenzaron a detectar señales de que esa organización estaba cambiando.
Al alcanzar alrededor de 230 GPa, los experimentos mostraron con mayor claridad que el hielo había perdido su simetría cúbica original.
Este fenómeno se denomina reducción de simetría cristalina: los átomos continúan formando una estructura ordenada, pero dejan de ocupar posiciones equivalentes según las mismas reglas geométricas que antes.
El resultado es una nueva organización del agua sólida, más densa y menos simétrica que la estructura de partida.
La clave del descubrimiento es que el agua puede reorganizar sus átomos de manera inesperada cuando se comprime intensamente, sin dejar de ser H₂O. No cambia su composición elemental, sino la disposición de los átomos y las características de sus enlaces.
Los científicos han obtenido evidencias de esa transformación, aunque todavía no han determinado de forma definitiva la estructura cristalina exacta de la nueva fase.
Researchers press ice between two diamonds and heat it up with a laser to create exotic phases of ice. Chris Higgins
¿Cuántas formas de hielo existen y por qué el agua puede cambiar tanto?
Para comprender el descubrimiento hay que abandonar una idea bastante extendida: el hielo no es una sustancia que posea una única estructura.
El hielo corriente, conocido científicamente como hielo Ih, presenta una red cristalina hexagonal. Esa organización explica, entre otras propiedades, que el agua aumente de volumen al congelarse en condiciones habituales y que el hielo flote sobre el agua líquida.
Pero se trata únicamente de una de las numerosas configuraciones posibles.
Los científicos han identificado experimentalmente o predicho mediante simulaciones más de una veintena de fases del hielo. Cada una de ellas presenta una disposición característica de sus átomos y aparece bajo determinadas combinaciones de presión y temperatura.
Algunas necesitan temperaturas extremadamente bajas. Otras requieren presiones tan elevadas que resultan imposibles de reproducir mediante procedimientos convencionales.
La diversidad surge de las interacciones entre los componentes del agua, especialmente de los llamados puentes de hidrógeno, que ayudan a organizar las moléculas en el hielo habitual.
Cuando aumenta la presión, los átomos se aproximan y esas interacciones comienzan a modificarse. A presiones suficientemente elevadas, los hidrógenos pueden situarse aproximadamente a igual distancia entre átomos de oxígeno vecinos.
Esta reorganización conduce a formas de hielo con propiedades radicalmente diferentes de las que encontramos en la superficie terrestre.
¿Qué es el hielo X?
En concreto, el hielo X es una fase sólida del agua que aparece bajo presiones extremas y se caracteriza por una estructura cristalina cúbica con enlaces oxígeno-hidrógeno simétricos.
En el hielo convencional, los átomos de hidrógeno están asociados de forma más estrecha a uno de los oxígenos vecinos. En el hielo X, esa distribución cambia y los hidrógenos ocupan posiciones aproximadamente centrales entre dos oxígenos.
La transformación modifica profundamente la naturaleza de los enlaces y la organización interna del material.
Esta fase se conoce desde hace décadas y constituye una referencia fundamental para estudiar el agua comprimida. Sin embargo, todavía existían incertidumbres sobre su estabilidad a presiones cada vez mayores.
La investigación de la UNLV aporta una respuesta importante: la estructura cúbica del hielo X deja de mantenerse al superar un umbral situado alrededor de los 222 GPa, dentro del margen experimental de las mediciones.
A partir de ese punto aparece una organización atómica diferente, cuya identificación precisa continúa siendo objeto de investigación.
Sistema de láseres del Laboratorio de Condiciones Extremas de la Universidad de Nevada, Las Vegas (UNLV), donde los científicos investigan cómo se transforma el agua bajo presiones extraordinarias. Foto: Josh Hawkins/UNLV.
Cómo consiguieron comprimir el agua más de dos millones de veces la presión atmosférica
Recrear condiciones semejantes a las de las profundidades planetarias exige instrumentos extraordinarios.
En este experimento, los físicos alcanzaron presiones cercanas a los 230 gigapascales, equivalentes aproximadamente a ¡2,3 millones de veces la presión atmosférica terrestre!
La cifra también puede expresarse de otra forma: unos 2,46 millones de kilogramos de fuerza por centímetro cuadrado. Como comparación, un neumático de automóvil suele inflarse hasta una presión de aproximadamente 2,1 kilogramos de fuerza por centímetro cuadrado.
Para conseguirlo, los científicos utilizaron una celda de yunque de diamante, un dispositivo diseñado para comprimir materiales microscópicos entre las puntas de dos diamantes enfrentados.
Los diamantes permiten concentrar una fuerza enorme sobre una superficie diminuta sin romperse inmediatamente. El agua queda encerrada en una cámara de apenas unas decenas de micrómetros, mucho más pequeña que el grosor de un cabello humano.
A medida que los diamantes se aproximan, la presión aumenta y los átomos del agua se ven obligados a reorganizarse.
Los investigadores prepararon las muestras mediante varios procesos de compresión y recristalización. En determinadas etapas utilizaron láseres para calentarlas, fundirlas y conseguir posteriormente cristales adecuados para las mediciones.
Sin embargo, la transformación estructural descrita en el estudio se observó mediante experimentos realizados a temperatura ambiente, un detalle fundamental para interpretar sus implicaciones planetarias.
Los rayos X permitieron descubrir una estructura invisible
Pero ¿cómo saber qué ocurre dentro de una muestra microscópica atrapada entre dos diamantes?
La respuesta está en la difracción de rayos X de sincrotrón, una técnica que permite estudiar la organización de los átomos en materiales cristalinos.
Cuando un haz de rayos X atraviesa un cristal, la disposición de sus átomos produce un patrón característico de dispersión. Analizando ese patrón, los físicos pueden determinar cómo está organizada la materia.
El equipo realizó experimentos en instalaciones científicas estadounidenses, entre ellas la Advanced Photon Source del Laboratorio Nacional de Argonne y la Advanced Light Source.
Las mediciones revelaron que, a presiones inferiores, el hielo conservaba las características de la estructura cúbica conocida como hielo X.
Pero al aproximarse a los 222 GPa apareció una nueva señal en los patrones de difracción. A unos 230 GPa, esa señal pudo distinguirse con mayor claridad.
La aparición de reflexiones adicionales indicaba que la red cristalina había dejado de responder a la simetría cúbica original.
Los investigadores también analizaron si los cambios podían deberse simplemente a las tensiones mecánicas generadas durante la compresión. Sus resultados indican que esas tensiones, aunque complican las mediciones, no bastan por sí solas para explicar las nuevas señales observadas.
La conclusión es que el agua ha experimentado una transformación estructural real.
Por qué el agua se vuelve menos simétrica cuando aumenta la presión
Uno de los aspectos más llamativos de este descubrimiento es que contradice una expectativa aparentemente razonable sobre los materiales comprimidos.
Al aumentar la presión, los átomos disponen de menos espacio. Por eso, podría pensarse que tenderán a adoptar estructuras cada vez más compactas, regulares y simétricas.
Pero la naturaleza no siempre sigue esa lógica.
La estabilidad de un material depende de diferentes factores, entre ellos su volumen, la energía de sus enlaces y la manera en que interactúan sus componentes.
En determinadas condiciones, una estructura ligeramente deformada puede resultar más favorable que otra perfectamente simétrica, especialmente si esa reorganización permite alcanzar una mayor densidad.
Eso parece suceder con el hielo X.
Para visualizarlo, podemos imaginar una estructura construida con pequeños cubos idénticos. Si la sometemos a una compresión extraordinaria, podríamos esperar que esos cubos se aproximasen sin modificar su geometría.
Sin embargo, bajo determinadas condiciones, el conjunto puede encontrar una organización más estable si algunas distancias cambian y la estructura pierde parte de su simetría original.
No significa que los átomos se distribuyan de forma desordenada. Al contrario: continúan formando un cristal, pero con una geometría diferente.
En el caso del agua, esta transformación implica cambios en la red formada por oxígeno e hidrógeno y en las características de los enlaces que mantienen unidos sus componentes.
Dos posibles estructuras para la nueva fase del agua
Para identificar la organización que aparece después del hielo X, los investigadores combinaron las mediciones experimentales con cálculos de física cuántica.
Las simulaciones señalaron dos estructuras candidatas, denominadas Pbcm y P4₂/nnm, según sus correspondientes grupos de simetría cristalográfica.
Ambas representan deformaciones de la estructura cúbica original, aunque difieren en la organización de los átomos.
Los cálculos teóricos favorecen especialmente la estructura Pbcm, que también describe bien determinados cambios observados durante la compresión.
Sin embargo, el modelo P4₂/nnm reproduce mejor algunos detalles de los patrones experimentales de difracción.
Los propios autores reconocen que la calidad y las limitaciones de los datos disponibles impiden decidir con seguridad cuál de las dos estructuras corresponde exactamente al nuevo hielo.
Por tanto, el estudio demuestra una pérdida de simetría del hielo X, pero no establece todavía una identificación definitiva de la nueva fase cristalina.
Esa diferencia entre lo observado y lo que permanece pendiente es esencial para interpretar correctamente el alcance del descubrimiento.
¿Cómo es el agua en el interior de Urano y Neptuno?
La importancia de estos experimentos aumenta cuando dirigimos la mirada hacia los planetas exteriores del sistema solar.
Urano y Neptuno son dos gigantes helados cuya estructura interna sigue siendo una de las grandes incógnitas de la ciencia planetaria.
A diferencia de la Tierra, ambos contienen enormes cantidades de materiales volátiles que podrían incluir agua, amoniaco y metano, sometidos a presiones y temperaturas extraordinarias.
La expresión gigantes helados puede resultar engañosa. No significa que estos planetas estén formados por inmensas masas de hielo convencional, como los glaciares terrestres.
En sus profundidades, las elevadas temperaturas y presiones pueden transformar radicalmente las propiedades de los materiales.
Algunos modelos contemplan mantos ricos en agua sometidos a presiones que abarcan desde decenas hasta varios centenares de gigapascales.
Eso incluye las condiciones de presión investigadas por el equipo de la UNLV.
🗣️ «No podemos adentrarnos en las cortezas ni en las atmósferas de estos planetas debido a la distancia, pero disponemos de datos de programas como Voyager», explica Salamat.
La misión Voyager 2, de la NASA, sobrevoló Urano en 1986 y Neptuno en 1989. Sus observaciones proporcionaron información decisiva sobre ambos planetas, incluidos sus campos gravitatorios y magnéticos.
«Tenemos una idea de sus composiciones y de las presiones y temperaturas de su interior. Y en laboratorios como el mío podemos reproducir parte de esa química y experimentar con lo que podría estar ocurriendo dentro de esos planetas», añade Salamat.
El descubrimiento ayuda a entender cómo puede evolucionar la estructura del agua cuando aumenta la presión, una información necesaria para construir modelos más precisos de los interiores planetarios.
Pero hay una limitación fundamental.
Los científicos no han demostrado que la nueva fase de hielo exista realmente en Urano o Neptuno.
El experimento se realizó a temperatura ambiente, mientras que las profundidades de esos planetas pueden alcanzar miles de grados.
A esas temperaturas, el agua podría adoptar otros estados físicos, con propiedades muy diferentes de las del hielo estudiado en el laboratorio.
Imagen de Neptuno en la que las nubes más elevadas aparecen en tonos blancos, amarillos y rojizos, mientras que las capas inferiores muestran tonalidades azules y verdes por la absorción del metano atmosférico. Cortesía: ESA
El agua superiónica: un estado extraordinario que podría existir en otros mundos
Uno de los estados más fascinantes que puede alcanzar el agua bajo condiciones extremas recibe el nombre de agua superiónica.
En este estado, los átomos de oxígeno forman una red estructural relativamente ordenada, mientras que los núcleos de hidrógeno pueden desplazarse a través de ella.
El resultado combina características de un sólido con una movilidad de partículas propia de sistemas fluidos.
El agua superiónica puede conducir cargas eléctricas de una forma muy distinta al agua ordinaria, por lo que resulta especialmente interesante para estudiar las propiedades de los interiores planetarios.
Investigaciones anteriores han proporcionado evidencias experimentales de su existencia bajo presiones y temperaturas extremas.
Sin embargo, conviene distinguir ambos fenómenos: el estudio de la UNLV no descubre el agua superiónica ni demuestra que su nueva estructura sea superiónica.
El trabajo se centra en la transformación cristalina del agua sólida sometida a enormes presiones, mientras que el agua superiónica requiere también temperaturas suficientemente elevadas.
Ambas investigaciones son complementarias porque permiten reconstruir distintas regiones del complejo comportamiento físico del H₂O.
¿Puede el agua influir en los campos magnéticos de otros planetas?
Sí. Las propiedades del agua y de otros materiales presentes en el interior de un planeta pueden influir en los mecanismos que originan sus campos magnéticos.
Urano y Neptuno presentan campos magnéticos inusuales, con geometrías complejas que difieren considerablemente del campo aproximadamente dipolar terrestre.
Para comprenderlos, los científicos necesitan conocer cómo se distribuyen los materiales conductores en su interior y de qué manera se mueven.
La densidad, la conductividad eléctrica y el transporte de calor son factores importantes para estos modelos.
Si el agua cambia su estructura, también pueden modificarse algunas de sus propiedades físicas, aunque determinar esas relaciones bajo condiciones planetarias requiere investigaciones adicionales.
Por tanto, el nuevo descubrimiento proporciona información relevante para la física del agua comprimida, pero no explica por sí solo el origen de los campos magnéticos de Urano y Neptuno.
Qué significa este hallazgo para los exoplanetas ricos en agua
Las implicaciones científicas van más allá de nuestro sistema solar.
Los telescopios espaciales han descubierto miles de exoplanetas, incluidos numerosos mundos de tamaños intermedios entre la Tierra y Neptuno.
Entre ellos podrían existir planetas con cantidades importantes de agua, aunque su composición interna y la distribución de sus materiales siguen siendo difíciles de determinar.
La presencia de agua no implica necesariamente la existencia de océanos superficiales semejantes a los terrestres.
En algunos mundos, una parte considerable del H₂O podría encontrarse atrapada bajo capas atmosféricas muy espesas o formando materiales densos en las regiones profundas.
La presión y la temperatura determinarían entonces qué estructuras y estados físicos resultan posibles.
Conocer estas propiedades es importante porque los científicos utilizan modelos de materiales para interpretar la masa y el radio de los exoplanetas, estimar sus composiciones y reconstruir su evolución.
Si las estructuras del agua cambian de manera inesperada bajo compresión extrema, esos modelos necesitan representar adecuadamente dichas transformaciones.
El experimento de Nevada aporta nuevos datos para avanzar en esa dirección.
No permite afirmar que los astrónomos hayan identificado la nueva fase de hielo en un exoplaneta concreto, pero ayuda a comprender qué comportamientos deben considerarse al estudiar mundos ricos en agua.
Qué sabemos y qué falta por descubrir sobre esta nueva forma de hielo
El estudio establece una conclusión sólida: el hielo X experimenta una pérdida de simetría cristalina cuando se comprime por encima de aproximadamente 222 GPa, dentro de la incertidumbre experimental.
También demuestra que la respuesta del agua a la presión puede ser más compleja de lo que sugeriría una visión simplificada de la materia comprimida.
Sin embargo, permanecen abiertas varias cuestiones importantes:
✅ La estructura exacta: todavía no se ha determinado de forma concluyente si la nueva fase corresponde al modelo Pbcm, al P4₂/nnm o requiere una descripción más precisa.
✅ Su estabilidad térmica: queda por establecer en qué condiciones de temperatura puede mantenerse la estructura observada.
✅ Sus propiedades físicas: es necesario investigar cómo afecta la transformación a características como la conductividad y el transporte de calor.
✅ Su relevancia planetaria: todavía debe determinarse si esta fase existe bajo condiciones reales de los interiores de Urano, Neptuno u otros mundos.
✅ Su comportamiento al descomprimirse: hacen falta nuevos experimentos para estudiar cómo evoluciona la estructura cuando disminuye la presión.
Los investigadores también plantean si las modificaciones de los enlaces entre oxígeno e hidrógeno podrían favorecer nuevas reacciones químicas o estabilizar otros compuestos formados por esos elementos.
De momento, son interrogantes científicos abiertos.
El descubrimiento no supone que haya aparecido una nueva sustancia distinta del agua, sino que amplía el conocimiento de las estructuras que puede adoptar el H₂O.
Y eso tiene consecuencias importantes: para comprender la materia de otros planetas no basta con conocer qué elementos químicos contienen. También es necesario averiguar cómo se organizan esos elementos bajo condiciones extremas.
«Comprender los mecanismos de nuestro sistema solar y del universo observable es fundamental para ampliar el conocimiento humano», afirma Salamat.
Y plantea una pregunta que resume el desafío de estas investigaciones: «Cuando finalmente lleguemos a esos mundos, ¿qué vamos a encontrar?».
«Estamos entre los primeros pioneros que intentan responder a estas preguntas en el laboratorio», concluye el físico.
El agua es uno de los materiales más familiares de nuestro planeta y, al mismo tiempo, uno de los más sorprendentes cuando se explora fuera de las condiciones terrestres.
La investigación demuestra que incluso su estructura cristalina puede transformarse de maneras inesperadas cuando la presión alcanza valores extremos.
La fórmula sigue siendo H₂O. Pero las condiciones de otros mundos pueden obligar a sus átomos a organizarse según reglas muy diferentes de las que conocemos en la Tierra.▪️(22-octubre-2026)
Información facilitada por la Universidad de Nevada
Fuente: Salamat, A., Grande, Z. M., Robinson, V. N. et al. Evidence for symmetry-reduction in solid H2O above 222 GPa. Communications Chemistry (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s42004-026-02241-x
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