Regresemos al hielo. Imaginemos. Estamos frente al Perito Moreno en la Patagonia. De repente, un estruendo rompe el silencio. Toneladas de hielo se desloman sobre el agua. El blanco de la nieve da paso al azul profundo, eléctrico, fosforescente. Si preguntamos al viajero a nuestro lado, es probable que diga: «Es el reflejo del cielo». Puede que poético, pero definitivamente falso. En días nublados se verá aún más azul. Para entender este fenómeno habrá que abrir la maleta, sacar la lupa molecular y viajar cientos de años al pasado. Viajemos.
Los glaciares comienzan su vida como frágiles copos de nieve que caen unos sobre otros. Año tras año, siglo tras siglo, nuevas capas se acumulan sobre las viejas. El peso acumulado presiona y expulsa el aire atrapado. Cuando la nieve deja de ser polvo esponjoso y se transforma en gigante congelado ultradenso, la química del agua entra en escena y tiñe sus entrañas. En las moléculas de agua (H₂O) los enlaces entre los átomos de hidrógeno y el átomo de oxígeno vibran. Actúan como resortes que se estiran, comprimen y doblan en modos específicos [1]. Aquí puedes ver las vibraciones fundamentales, también llamadas modos vibracionales, de esta molécula:
El modo más relevante para nuestra historia es el estiramiento entre oxígeno e hidrógeno (O-H). La longitud de onda asociada a esta vibración se localiza en la región del infrarrojo del espectro electromagnético (Figura 1). Sin embargo, no ocurre de forma aislada, sino que genera armónicos o sobretonos (otras vibraciones que acompañan a la principal). Para las moléculas de agua los sobretonos alcanzan la región visible del espectro y producen una absorción de la luz en las longitudes de onda correspondientes al color rojo [1].
Figura 1. Espectro electromagnético según las longitudes de onda y frecuencias de las radiaciones, y algunas de sus aplicaciones en la vida cotidiana.
Debido a los sobretonos, el color rojo es «atrapado» a medida que la luz del Sol penetra el hielo. En un trozo pequeño la absorción es mínima y se ve transparente. Sin embargo, en los glaciares el fenómeno se vuelve apreciable. Tras viajar metros a través del hielo, la mayor parte de la luz roja ha sido absorbida, dejando que solo las longitudes de onda más cortas, los azules y violetas, regresen a nuestros ojos [1]. El fenómeno del azul glaciar se intensifica debido a la organización de las moléculas de agua, causada por lo que se conoce como puentes de hidrógeno (Figura 2). En el hielo, estos puentes son más fuertes que en el agua líquida lo que disminuye las frecuencias de estiramiento de los enlaces O–H y aumenta la absorción del rojo [2],[3]. Entonces, el azul profundo que observamos en los glaciares se debe a la eliminación selectiva del rojo tras recorrer largos trayectos ópticos [1],[4]. Pero si la nieve está formada por moléculas de agua, al igual que el hielo, ¿por qué la nieve es blanca y el glaciar es azul? Pues porque la nieve y el hielo joven están llenos de burbujas de aire que actúan como espejos microscópicos. Estas burbujas dispersan las radiaciones que reciben y nos devuelven todas las longitudes de onda de la luz, mezclándolas de nuevo para crear una apariencia blanca (Figura 2) [5].
Figura 2. Diferencia en la absorción de la luz entre hielo comprimido y nieve o hielo joven.
Contemplar el color de los glaciares nos permite ser testigos de la física cuántica y la química molecular a escala monumental. El azul del glaciar nos muestra que la materia, en presencia de luz, baila al ritmo de sus propias vibraciones. Observar el mundo desde su composición química es descubrir que los glaciares son filtros moleculares gigantes, catedrales de puentes de hidrógeno que han pasado siglos acomodándose para atrapar el rojo y regalarnos el azul más puro del tiempo. La próxima vez que visites uno de ellos, podrás explicar a tus compañeros de viaje que el hielo no necesita del cielo para asombrarnos.
Referencias
[1] M. Braun and S. Smirnov, “Why is water blue?,” Journal of Chemical Education, vol. 70, no. 8, pp. 612–614, 1993. DOI: 10.1021/ed070p612
[2] D. S. Eisenberg and W. Kauzmann, The Structure and Properties of Water. Oxford University Press, 2005.
[3] E. Whalley, “The effect of pressure on the near-infrared spectrum of ice,” Journal of Chemical Physics, vol. 51, no. 10, pp. 4040–4050, 1969.
[4] S. G. Warren, “Optical properties of ice,” Reviews of Geophysics, vol. 22, no. 1, pp. 67–114, 1984.
[5] C. F. Bohren, “Colors of snow, frozen waterfalls, and icebergs,” Journal of the Optical Society of America, vol. 73, no. 12, pp. 1646–1652, 1983.
