Salpicando en Marte
Junio 29, 2000
En un planeta donde el agua hierve a 10 grados, ¿cómo habría existido agua líquida?
Barrancos marcianos en el Cráter Newton. Los científicos tienen la hipótesis de que el agua brotó del subsuelo, erosionó los barrancos, se depositó en el fondo de este cráter mientras se congelaba y evaporaba. De ser así, hielo y agua que sustenta vida podrían existir incluso hoy día bajo la superficie Marciana – agua que podría apoyar potencialmente una misión humana a Marte. [más desde GSFC]
Cuando los científicos revelaron la semana pasada nuevas imágenes dramáticas de barrancos aparentemente inundados en Marte, la gran sorpresa no fue que el Planeta Rojo pudiera albergar agua. Los investigadores han sabido por años que el agua existe ahí.
Hay rastros de grandes cantidades de vapor de agua en la atmósfera de Marte y considerables cantidades de agua congelada en los polos marcianos. Podría haber incluso suficiente agua congelada bajo la superficie de Marte para llenar un gran océano si se derritiera. Lo que es asombroso es que el agua puede estar presente en forma líquida muy cerca de la superficie del planeta y ocasionalmente sobre la superficie cuando depósitos subterráneos emergen para hacer una breve inundación repentina.
“En Marte tenemos condiciones que parecen impedir el agua líquida muy cerca de la superficie”, dijo Michael Carr del USGS el 22 de Junio del 2000, en conferencia de prensa de la NASA. “En latitudes altas (donde se localizan los barrancos), las temperaturas son de 70 a 100 grados centígrados bajo cero. Está increíblemente frío. Suponemos que el suelo está congelado desde 3 a 6 km de profundidad.
La baja temperatura en Marte confabula con la delgada atmósfera del planeta (es 100 veces más delgada que la de la Tierra) para hacer posible el agua sólo en dos formas: hielo sólido y vapor gaseoso. Una taza de agua líquida transportada a la superficie de Marte al estilo “Viaje a las estrellas” podría instantáneamente congelarse o hervir (dependiendo de la combinación local de temperatura y presión) Los investigadores piensan que el agua que esculpió los barrancos marcianos probablemente hirvió explosivamente luego de brotar desde el subsuelo.
“La presión del aire en Marte es tan baja que incluso en los puntos más favorables, donde la presión es más alta que el promedio, el agua líquida está restringida al rango de 0 a +10° C” dice Bob Haberle del Centro de Investigación de la NASA/Ames. “En Marte el agua fresca comienza a hervir a los 10° C. Aquí en la Tierra podemos gozar del agua donde sea entre 0 y 100° C – ese rango se reduce en Marte por un factor de diez”.
Si la idea de agua hirviendo al 10° C suena estrafalaria, simplemente consulte un recetario para cocinar a grandes alturas para que se de cuenta. En las cimas de las montañas, donde la presión del aire es baja, el agua hierve a temperaturas más bajas que al nivel del mar. (¡A 2,775 metros un huevo cocido en “tres minutos” toma aproximadamente cinco minutos para cocerse completamente!) Marte simplemente lleva a un extremo los principios de cocinar a grandes alturas.
Aunque es probable que hierva cualquier agua líquida expuesta a la atmósfera de baja presión de Marte, el vapor no es el depósito marciano más importante de H20. Si todo el vapor que existe en la atmósfera se precipitara en forma de lluvia en un solo punto, apenas llenaría una pequeña charca. Por otro lado, los polos marcianos contienen grandes cantidades de agua en estado sólido. La capa del polo norte, compuesta principalmente de hielo, abarca 1200 Km. y en algunas partes tiene hasta 3 Km. de espesor. Ahí el volumen de agua es alrededor del 4% de la capa de hielo del Polo Sur de la Tierra. Se cree que existe aún más agua en las profundidades del suelo.
Así que, la gran incógnita no es si existe agua en Marte, - existe – sino más bien si ¿hay agua en estado líquido a pesar de ser el planeta tan frío? Las posibilidades de vida en Marte, marciana y además humana, depende de la respuesta.
“Ante todo, deben recordar que el promedio de presión atmosférica en Marte se acerca al punto triple del agua”, explica Richard Hoover, un astrobiólogo en el Centro de Vuelos Espaciales Marshall. “Solo debe incrementarse la presión un poco para que exista agua en estado líquido”.
El “triple punto” es la combinación de presión (6.1 milibares) y temperatura (0.01° C) en la que el agua puede existir en todos sus 3 estados: sólido, líquido y gaseoso (véase abajo el diagrama de fases) En la Tierra, nuestra experiencia con el punto triple se limita al patinaje sobre hielo. La temperatura del hielo en una pista de patinaje está a solo una fracción de grado del punto triple. Un poco de presión en el hielo sólido puede hacerlo transformar en líquido. El peso de un patinador aplicado al hielo a lo largo de la cuchilla del patín crea una delgada capa de agua líquida que lubrica la cuchilla y hace posible el deslizamiento.
En Marte el promedio de presión global que ejerce la atmósfera sobre la superficie del planeta, se encuentra apenas por debajo de los 6.1 milibares.
Un diagrama de las fases del agua. El “punto triple” (marcado “C” en el diagrama) es la temperatura y presión donde los tres estados del agua pueden existir al mismo tiempo. En el diagrama, observe que el agua en estado líquido, no puede existir por debajo de 6.1 milibares. Este hecho es significativo porque la presión atmosférica en la superficie marciana ronda justo debajo de ese valor. Cualquier agua que pudiera formarse por derretimiento en una tarde cálida, desaparecería rápidamente en la desecada atmósfera marciana.“Ese es el promedio”, dice Haberle, “así que en algunos lugares habrá presiones por arriba de los 6.1 milibares, pero en otros serán menores. Si buscamos en Marte sitios donde la presión sea un poco más alta, es ahí donde teóricamente puede existir agua en forma líquida”.
Haberle ha desarrollado un sofisticado modelo climático para Marte, basado en parte en los datos topográficos del Mars Global Surveyor. Una versión simple del modelo es la base para pronosticar diariamente el estado del tiempo en el sitio web de Ames Mars Today.
“Usé el modelo para buscar regiones que reúnan los requerimientos mínimos para el agua líquida – por arriba del punto triple y por debajo del punto de ebullición”, explicó Haberle. “De acuerdo al modelo, la máxima presión sobre la superficie, 12.4 milibares, sucede en el fondo de la cuenca Hellas (un área baja creada por el ancestral impacto de un asteroide). El problema es que la hirviente temperatura en ese lugar es de solo +10° C. No debe ponerse muy caliente o el agua bullirá”.
El Punto Triple del Agua
¿Una coincidencia Marciana?
La presión atmosférica en la superficie de Marte es notablemente cercana a la presión de 6.1 milibares del punto triple. ¿Es eso una coincidencia? Algunos científicos piensan que no. Si la presión global fuera más alta y el agua en estado líquido se desparramara sobre la superficie de Marte, el CO2 en la atmósfera se disolvería en el agua haciendo reacción con las rocas de silicato, atrapando el dióxido de carbono atmosférico en minerales carbónicos. Este proceso adelgazaría la atmósfera hasta que la presión cayera por debajo del triple punto. Así, la atmósfera marciana podría limitarse a sí misma en este aspecto.
La evaporación del agua al contacto con la seca atmósfera de Marte es otro problema, dice Haberle. “El agua en estado líquido puede ser estable ante el congelamiento y ante la ebullición, pero inestable con respecto a la evaporación. La situación es análoga a la existente en los océanos terrestres. El agua en estado líquido en la superficie no se congela… o hierve, pero se evapora si la atmósfera no está saturada con vapor de agua.
La cuenca Hellas formada por un gran impacto ubicada en el hemisferio sur de Marte tiene cerca de 9 Km. de profundidad y 2,100 Km. de ancho. La presión de aire en el fondo de la cuenca es más o menos el doble que el promedio global. En esta imagen a color falso basada en mediciones del altímetro láser del Mars Global Surveyor, los colores rojo y blanco señalan grandes elevaciones y el azul señala las partes bajas.Hay 5 cinco regiones distintas donde podríamos ocasionalmente encontrar agua en la superficie: en el Amazonas, en las planicies Chryse y Elysium y en las cuencas Hellas y Argyre. No decimos que exista agua en estado líquido en esos lugares, solo que podría existir”.
Las condiciones para el agua líquida serían favorables solo durante el día marciano. La temperatura desciende precipitadamente en la noche, así que cualquier líquido volvería a congelarse. En los sitios de aterrizaje del Vikingo, por ejemplo, los instrumentos registran temperaturas máximas de -17° C en el aire y +27° C en el suelo en veraniegos días soleados. Después del atardecer, las lecturas del termómetro vuelven a hundirse a -60° C o por debajo.
Tras la Sal…
“Una cosa en la que debemos ser cuidadosos es nuestra experiencia diaria de que el agua siempre se congela a cero grados”, destaca Hoover. “No es así. El agua que contenga sales disueltas se congela a temperaturas significativamente bajas. El estanque Don Juan en la Antártica es un buen ejemplo. Es un estanque de gran salinidad con agua líquida a temperaturas tan bajas como -24° C”.
Este dibujo, basado en una figura presentada por el Dr. Ken Edgett de Sistemas de Ciencias Espaciales Malin en conferencia de prensa de la NASA el día 22 de Junio, muestra una manera de cómo pudieron formarse los barrancos en Marte. El agua líquida subterránea contenida por una barrera de hielo, erupciona en una efímera inundación, creando los característicos canales y pistas de los barrancos marcianos. Los tapones de hielo se forman en las pendientes sombreadas de cráteres y barrancos. Las sales disueltas en el agua detrás del tapón podrían ayudarle a mantenerse en estado líquido. [más desde JPL]“Las sales tienen el potencial de reducir significativamente el punto de congelamiento del agua”, concuerda Steve Clifford del Instituto Planetario y Lunar. “Ciertamente, hay algunas combinaciones de sales que pueden bajar el punto de congelamiento hasta -60° C. Sin embargo, argumentos sobre termodinámica y estabilidad química (surgidos del trabajo de Benton Clark) sugieren que, en Marte, las más potentes salmueras depresoras del punto de congelamiento probablemente tendrán como base el NaCl (sal de mesa común)
Recientes análisis hechos a un meteorito Marciano por científicos de la Universidad Estatal de Arizona, sugieren que océanos marcianos ancestrales –si acaso existieron- contuvieron una mezcla de sal similar a la de los océanos terrestres de la actualidad. Aunque esa no fue la primera pista de que Marte fuera salado. En 1976 las dos sondas Vikingo analizaron suelo marciano y encontraron que probablemente contenía de 10 a 20% de sales. Rocas marcianas, como las de la Tierra, tienden a formar minerales de sal y arcilla cuando son expuestas al agua. En nuestro planeta este proceso da lugar a una variedad de salmueras en los lagos salados occidentales de Norte América. La química detallada de las salmueras depende de la composición de las rocas locales.
… y vamos con los fluídos
Otra forma de ayudar a mantener el agua en estado líquido –ya sea en Marte o en la Tierra- es mantenerla en movimiento.
“Si sabes que se aproxima una fuerte helada al lugar donde vives, ¿qué es lo primero que haces?” cuestiona Hoover. “Abres las llaves de agua un poco para dejar que el agua escurra. De esta manera la tubería no se congela”.
El mismo principio se aplica en Marte donde el agua salada podría estar moviéndose a través de acuíferos subterráneos. “El hielo es un cristal”, explica Hoover, “y es más difícil formar cristales cuando el agua está fluyendo”.
El año pasado, Hoover visitó el Glaciar Matanuska en Alaska para buscar microorganismos amantes del frío viviendo en y alrededor del hielo.
“Escogí visitar el Glaciar Matanuska porque es accesible y tiene roca oscura en contacto con el hielo”, dice Hoover. “El brillo del sol en la roca provoca que el hielo se derrita. Hay charcos de agua líquida donde crecen microorganismos en abundancia. Hay algo muy interesante y emocionante acerca de esta fotografía donde estoy tomando muestras al borde de un moulin (una grieta de glaciar esculpida por el agua). La mayor parte de lo que vemos es hielo y la temperatura del aire está bajo cero, todavía hay agua líquida derramándose del glaciar. ¿Cómo es esto posible? El agua se liberó fomentando el desplazamiento del glaciar hacia donde las rocas iluminadas por el sol derritieron el hielo. Entonces fluyó por debajo del hielo hasta romperlo a través de un hueco en la pared del hielo. Todo con lo que el agua líquida entró en contacto estaba congelado, no obstante el agua en movimiento no se congeló.
Tomando muestras de hielo desde una grieta en la lengua del glaciar Matanuska de Alaska. Puede verse musgo anaranjado creciendo en restos de roca quebrada sobre salientes de hielo”. [imagen amplia] (Fotos cortesía de Richard B. Hoover)“He visto también agua líquida manando desde la nieve derretida en las rocas oscuras calentadas por la luz solar en la Antártica, aún cuando la temperatura del aire estaba debajo de -20° C”.
Hay muchos lugares en la Tierra donde el agua líquida y el hielo coexisten en condiciones bajo cero, dice Hoover. El ejemplo más famoso es el Lago Vostok, una extensión de agua más o menos del tamaño del lago Ontario situado 4 Km. por debajo de la capa de hielo en la Antártica. La capa de hielo actúa como una manta, protegiendo la superficie del lago de temperaturas semejantes a las de Marte.
¿Descubrirán un día los exploradores oasis como el Lago Vostok debajo del terreno gélido de Marte? Nadie lo sabe. Pero en vez de ir “Tras el Agua”, el mantra de los futuros colonizadores del planeta rojo bien podría ser “Tras la Sal”.
Manténgase sintonizado a Ciencia@NASA para continuar con series de artículos relacionados con el Agua en Marte.
JPL administra la Misión del Mars Global Surveyor para la Oficina de Ciencias Espaciales de la NASA, en Washington, D.C. El Sistema de Ciencias Espaciales Malin construye y opera el sistema de cámaras. JPL es una división del Instituto de Tecnología de California, en Pasadera. California. El socio industrial de JPL es Lockheed Martin Astronautics ubicado en Denver, Colorado, quienes desarrollan y operan los vehículos espaciales.
Fuente: http://science.nasa.gov/headlines/y2000/ast29jun_1m.htm
Traducción: María Luisa Hernández Castro
No hay comentarios.:
Publicar un comentario