O gelo é flexível? É, e isso tem implicações enormes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/09/2025

Forças em nanoescala moldando cubos de gelo e flocos de neve.
[Imagem: Sara Levine/PNNL]

Maleabilidade do gelo

A recente descoberta de que o gelo gera eletricidade ao ser deformado deixou a comunidade científica de cabelos em pé: Tá certo, o experimento comprovou, mas como é que o gelo pode se curvar sem se quebrar?

Jingshan Du e colegas do Laboratório Nacional do Pacífico Noroeste, nos EUA, se apressaram em descobrir.

O que Du verificou após cuidadosas observações é que, embora o gelo se forme como uma estrutura perfeitamente hexagonal de moléculas de água, essa estrutura é surpreendentemente flexível e maleável, e esta é a verdadeira razão pela qual o gelo tipicamente é repleto de bolhas de gás presas em seu interior.

"Há muitos mistérios sobre o gelo," comentou o pesquisador. "Queremos entender como o gelo tolera imperfeições estruturais no cristal e como bolhas presas afetam as propriedades mecânicas do cristal. Agora temos uma maneira de entender isso."

A descoberta dessa maleabilidade inesperada do gelo deverá ter implicações profundas na preservação de amostras de tecido biológico profundamente congelado (criogenia), na previsão do comportamento do gelo para a segurança da aviação e de veículos e na compreensão do movimento das geleiras, exemplifica a equipe.

As bolhas se movem graças a alterações na estrutura molecular do gelo.
[Imagem: Jingshan S. Du et al. - 10.1038/s41467-025-62451-0]

Filmar a água virando gelo

Por surpreendente que seja, ninguém até agora havia conseguido observar diretamente as moléculas de água passando da fase líquida para a fase de gelo. Isso porque as técnicas utilizadas pelos cientistas para visualizar átomos individuais envolvem condições complicadas, incluindo o uso de radiação de alta energia e a necessidade de ambientes de vácuo. Embora já tenham sido feitas algumas imagens do gelo em escala molecular, esse gelo não reflete os ciclos normais de congelamento e degelo na Terra, sendo gerado pelo congelamento instantâneo, com a água passando diretamente do estado vapor para o estado sólido.

Para evitar esses problemas, a equipe intercalou água líquida entre finas membranas de carbono. "As membranas protegem os cristais de gelo do alto vácuo e da radiação, permitindo-nos obter imagens com informações em nível atômico," explicou Du. Mas a observação desse sanduíche de gelo exigiu desenvolver uma nova técnica para acompanhar o processo de congelamento, que a equipe chamou de microscopia eletrônica de transmissão de célula líquida criogênica.

As imagens revelaram que, quando a água líquida se transforma em gelo sólido, defeitos em sua estrutura cristalina ou bolhas de gás aprisionadas não causam muita tensão no cristal de gelo, o que poderia causar fraturas. Na verdade, o gelo se adapta à presença do defeito com uma facilidade surpreendente em comparação com outros sólidos, como metais ou minerais. As imagens mostraram a formação de bolhas de gás e, mais importante, mostraram essas bolhas se movendo pela rede, se fundindo com outras bolhas e se dissolvendo.

É a natureza das ligações químicas da água que a tornam extraordinariamente flexível e maleável, mesmo quando ela assume a estrutura de gelo sólido, dizem os cientistas, acrescentando que, combinada com o fato crucial de que o gelo é menos denso do que a água líquida, essa é uma das propriedades que sustentam a vida na Terra, especialmente no mar.

Você havia ouvido falar da fase da matéria chamada "meio gelo, meio fogo"?
[Imagem: Yin/Tsvelik - 10.1103/PhysRevLett.133.266701]

Implicações de longo alcance

A descoberta traz largas implicações, do entendimento do ciclo da água e do clima da Terra até a segurança da aviação.

Por exemplo, os pesquisadores fizeram observações diretas das geometrias e das forças que orientam a formação dos cristais de gelo em todas as escalas, incluindo a formação dos flocos de neve - embora a neve se forme a partir do vapor d'água, e não da água líquida, são as mesmas forças que atuam nos dois casos.

E, embora esta equipe esteja estudando especificamente a dinâmica do gelo em nanoescala, outros pesquisadores estão descobrindo que a presença de bolhas de ar nas geleiras afeta significativamente seu comportamento: Recentemente, cientistas demonstraram que as geleiras derretem mais de duas vezes mais rápido se contiverem bolhas, em comparação com o gelo sem bolhas. Outros cientistas estão tentando evitar a formação de gelo em amostras de tecidos delicados ou em aeronaves em voo.

A equipe agora pretende estudar o derretimento do gelo, observando o fenômeno funcionar ao contrário, e trabalhar com amostras mais complexas, incluindo água com materiais dissolvidos.

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