La Ciencia y sus Demonios

Quizá la imagen que mostramos hoy sea la fotografía más famosa de un Iceberg. Suele encontrarse en diversos textos y webs, muchos de los cuales mencionan que se trata de un bloque de hielo avistado en Terranova, con un peso de más de 300 toneladas y que tuvo que ser remolcado por tres tansbordadores al interferir en las vías de navegación marítima. Sin embargo, todo esto no es más que una leyenda urbana.

Realmente, la imagen es obra de Ralph A. Clevenger, un fotógrafo submarino de California (EE.UU.) que la obtuvo a partir de de cuatro fotografías diferentes, tomadas en distintos emplazamientos. Según explica el propio Clevenger, sabía que una fotografía como ésta era imposible de obtener de forma real, por lo que recurrió a montar digitalmente cuatro imágenes separadas: el cielo, el fondo, el iceberg de superficie (fotografiado en la Antártida) y el iceberg sumergido (fotografiado en Alaska). Imágenes como ésta existen en la naturaleza, pero debido a las condiciones de visibilidad del agua, son imposibles de capturar en una fotografía.

No obstante, la imagen sirve perfectamente para ilustrar una curiosa e importantísima característica del agua: el que su forma sólida flote sobre la forma líquida. Es muy normal que nos sorprendamos cada vez que vemos un iceberg, al pensar que la mayor parte de éste se encuentra por debajo del agua y únicamente emerge una pequeña proporción. Sin embargo, lo realmente sorprendente es que podamos ver algo, en lugar de que toda la mole se vaya al fondo.

La mayor parte de las sustancias son menos densas en estado líquido que en estado sólido. Esto hace que al solidificarse, un mismo volumen pese más, y se hunda sobre el líquido. Así, el hidrógeno sólido se hunde en hidrógeno líquido, al igual que el helio, el mercurio o el metano, por poner solamente unos ejemplos. En un océano de hidrógeno, los icebergs se hundirían irremisiblemente.

Sin embargo, el agua no se comporta de esta manera. El punto de mayor densidad (a 1 atmósfera) es el de 4ºC, momento en que alcanza los 1000 gr/l; al descender la temperatura, la densidad disminuye muy ligeramente, hasta los 999 gr/l a 0ºC. Cuando se congela, sufre un brusco descenso de densidad, llegando a los 917 g/l.

La respuesta a esta curiosa característica hay que buscarla en la estructura molecular del agua, formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno en un ángulo de 105º. Entre las moléculas de agua se establecen unos enlaces débiles conocidos como puentes de hidrógeno, que las unen entre sí. En el agua líquida, los puentes de hidrógeno son menos numerosos que en el hielo, y debido al mayor movimiento de las moléculas (mayor energía cinética) se rompen y crean con más facilidad. El resultado es que en forma líquida, las moléculas de agua, con forma de horquilla, se «escurren» unas entre las otras, ocupando menos espacio.

Al congelarse, la energía cinética es muy baja, quedando las moléculas casi inmóviles y unidas entre sí por numerosos puentes de hidrógeno. Esto confiere al hielo una estructura cristalina con mucho hueco entre molécula y molécula. Debido a ello, la misma cantidad de agua helada abulta más que en forma líquida. Lógicamente por lo tanto, un volumen de hielo pesa menos que el mismo volumen de agua.

Moléculas de agua en estado líquido (izquierda) y sólido (derecha)

Las consecuencias de este fenómeno son muy numerosas, desde explicar porqué se deforma o incluso estalla una botella de agua en el congelador (el recipiente no soporta el aumento de volumen) hasta porqué flotan los hielos en un gin-tonic (o los icebergs en el océano).

Pero hay más: esta característica también hace que la vida sea posible en la Tierra. Imaginemos un lago si el agua se comportara como otros líquidos al congelarse. En invierno, el frío haría congelarse el agua en la superficie, y este hielo se hundiría hasta llegar al fondo; más agua superficial seguiría congelándose y hundiéndose, aumentando el grosor del fondo helado. Al llegar el buen tiempo, el calor debería calentar toda la profundidad del lago para poder derretir el hielo del fondo. Si la masa de agua fuera lo suficientemente profunda, es muy posible que no diera tiempo en la estación cálida y que el grosor del hielo fuera aumentando en el fondo invierno tras invierno. Finalmente, nuestro lago no sería más que un bloque de hielo con unos metros líquidos en la superficie durante la estación cálida.

¡Menos mal que el hielo flota!

En el océano ocurriría algo similar, y el agua congelada en la superficie de las zonas más cercanas a los polos irían saturando el fondo marino. Las consecuencias climáticas son insospechadas, pero posiblemente, nuestro planeta tendría un océano congelado con unas zonas de aguas someras en las zonas más tropicales.

En lugar de eso, y dadas las características referidas, el agua se congela «de arriba a abajo», permitiendo la existencia de grandes masas de agua líquida y, lo que puede ser incluso más importante, aislándolas térmicamente y permitiendo que la vida se desarrolle y prospere bajo la capa de hielo.