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| La impresión de un artista de la electricidad en una tormenta de polvo marciana. Crédito: NASA |
Las tormentas de polvo son un grave peligro en Marte. Mientras que las tormentas más pequeñas y los remolinos de polvo se producen con regularidad, las más grandes tienen lugar todos los años (durante el verano en el hemisferio sur) y pueden cubrir zonas del tamaño de continentes durante semanas. Una vez cada tres años marcianos (unos cinco años y medio terrestres), las tormentas pueden llegar a ser lo suficientemente grandes como para abarcar todo el planeta y durar hasta dos meses. Estas tormentas desempeñan un papel fundamental en los procesos dinámicos que dan forma a la superficie de Marte y a veces son visibles desde la Tierra (como la tormenta de 2018 que puso fin a la misión del rover Opportunity).
Cuando las tormentas marcianas se vuelven particularmente fuertes, la fricción entre los granos de polvo hace que se electrifiquen, transfiriendo cargas positivas y negativas a través de la electricidad estática. Según una investigación dirigida por el científico planetario Alian Wang, de la Universidad Washington de San Luis, esta fuerza eléctrica podría ser el principal motor del ciclo del cloro marciano. Basándose en su análisis, Wang y sus colegas creen que este proceso podría explicar los abundantes percloratos y otras sustancias químicas que las misiones robóticas han detectado en el suelo marciano.
La Dra. Wang dirigió un equipo internacional de investigadores de la Universidad Tecnológica de Texas, la Universidad de Delaware, el Centro McDonnell de Ciencias Espaciales (MCSS) y la Universidad de Oxford. El artículo que describe sus hallazgos apareció recientemente en la revista Geophysical Research Letters. En él, Wang y sus colegas demostraron cómo las descargas eléctricas provocadas por las tormentas de polvo podrían ser responsables de la descomposición de las sales de cloruro y la creación de cloro atmosférico y otros compuestos químicos que se encuentran en la superficie (cloratos. percloratos y carbonatos).
En Marte, el cloro se considera uno de los cinco "elementos móviles", siendo los otros el hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el azufre. Al igual que el ciclo del agua en la Tierra (o el ciclo del metano en Titán), esto significa que el cloro se transfiere entre la superficie marciana y la atmósfera en diferentes formas. Existe en forma gaseosa en la atmósfera, mientras que en la superficie se encuentran depósitos de cloruro. Estos depósitos son similares a las salinas que se encuentran en la Tierra, como el Salar de Bonneville en Utah, el Salar de Etosha en Namibia y el Salar de Uyuni en Bolivia (el más grande del mundo).
Al igual que en la Tierra, es probable que estos depósitos de cloruro sean los restos desecados de manchas salobres de agua que existieron en la superficie. Se teoriza que se formaron a partir de interacciones entre la superficie y la atmósfera durante el periodo amazónico. Esta era geológica se extiende hasta nuestros días y se cree que comenzó con el final del período Hespérico (hace unos 3.000 millones de años), cuando Marte aún estaba en transición de un entorno más cálido y húmedo a lo que vemos allí hoy (extremadamente frío y desecado).
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| El Orbitador de Reconocimiento de Marte de la NASA capturó esta imagen de primer plano de una tormenta de polvo en noviembre de 2007. Crédito: NASA |
Dado que ya no hay intercambio entre la superficie y la atmósfera, los científicos se han preguntado cómo podrían estar relacionados el cloro atmosférico y los depósitos de cloruro. En su nuevo estudio, Wang (profesora del MCSS) y sus colegas demostraron que las descargas eléctricas provocadas por las tormentas de polvo son una vía eficaz para el intercambio de cloro entre la superficie y el aire. La posibilidad de que las tormentas de polvo pudieran ser una fuente de química reactiva en Marte se propuso por primera vez cuando las misiones Viking 1 y 2 aterrizaron allí en la década de 1970.
Sin embargo, los efectos químicos de las actividades del polvo fueron difíciles de estudiar desde que el módulo de aterrizaje Schiaparelli de la ESA (que estudiaría el fenómeno) se estrelló en la superficie en 2016. Como resultado, los científicos han tenido que ceñirse a la modelización climática y los estudios experimentales, incluidas las investigaciones que Wang y otros científicos planetarios han realizado en los últimos años. Estas han demostrado que cuando las descargas electrostáticas interactúan con sales de cloro en un entorno rico en dióxido de carbono (como la atmósfera marciana), se libera gas cloro y pueden generarse percloratos y carbonatos.
Sin embargo, este último estudio es la primera vez que científicos planetarios intentan cuantificar la cantidad de estas sustancias químicas que se producen durante las tormentas de polvo marciano. Para ello se llevaron a cabo una serie de experimentos en la Cámara de Análisis y Medio Ambiente Planetario (PEACh) de la Universidad de Washington, en los que el equipo sometió diversas sales minerales de cloruro comunes a descargas eléctricas en condiciones similares a las de Marte. Como indicó Wang en un comunicado de prensa de la Universidad de Washington (La Fuente), los resultados confirmaron su teoría:
"La electrificación por fricción es un proceso común en nuestro Sistema Solar, y se sabe que las actividades del polvo marciano son una poderosa fuente de acumulación de cargas eléctricas. La delgada atmósfera de Marte hace que sea mucho más fácil que los campos eléctricos acumulados se descompongan en forma de descarga electrostática. De hecho, es cien veces más fácil en Marte que en la Tierra.
"Las velocidades de reacción son enormes. Y lo que es más importante, el cloro liberado en un proceso de descarga electrostática de intensidad media y corta duración es de un nivel porcentual. Ningún otro proceso que conozcamos puede hacer esto, especialmente con un rendimiento tan cuantitativamente alto de liberación de cloro."
Durante un experimento de descarga electrostática simulada de siete horas, comprobaron que al menos 1 de cada 100 moléculas de cloruro se descomponía y liberaba un átomo de cloro. Además, la descarga eléctrica también explicaba las elevadísimas concentraciones globales de compuestos de perclorato y carbonato en la capa superficial del suelo marciano, aunque las tasas de formación eran ligeramente inferiores (niveles inferiores al porcentaje por millar). El experimento también demostró que los rangos de concentración observados podían acumularse en la mitad del periodo amazónico.
Por último, los altos rendimientos podrían explicar las altas concentraciones atmosféricas de cloruro de hidrógeno observadas durante las tormentas de polvo de 2018 y 2019. Dijo Kevin Olsen, investigador de The Open University y coautor del nuevo estudio:
"La alta tasa de liberación de cloro a partir de cloruros comunes revelada por este estudio indica una vía prometedora para convertir los cloruros superficiales en las fases gaseosas que ahora vemos en la atmósfera. Estos hallazgos apoyan la idea de que las actividades del polvo marciano pueden impulsar un ciclo global del cloro". Con el Orbitador de Gases Traza ExoMars, observamos una actividad estacional repetida que coincide con las tormentas de polvo globales y regionales".
Otro aspecto interesante de este estudio fue cómo el equipo teorizó el aspecto que podrían tener las descargas electrostáticas en Marte. Según Wang, la descarga no tendría el aspecto de un relámpago (como ocurre en la Tierra). En su lugar, dijo, sería más parecida a un resplandor debido a la delgada atmósfera de Marte. "Podría parecerse a la aurora de las regiones polares de la Tierra, donde los electrones energéticos chocan con especies atmosféricas diluidas", explica.
Hasta la fecha, ninguna misión robótica en Marte, ya sean módulos de aterrizaje, exploradores u orbitadores, ha sido testigo de una descarga eléctrica durante una tormenta de polvo. Los resplandores probablemente quedarían ocultos por las grandes concentraciones de polvo y no serían visibles desde la órbita. Mientras tanto, las misiones de superficie que dependen de la energía solar se ven obligadas a suspender sus operaciones en caso de fuertes tormentas para preservar la energía (como ocurrió durante la reciente temporada de tormentas con el helicóptero Ingenuity). Pero tal vez el Curiosity o el Perseverance, que funcionan con energía nuclear, puedan obtener una instantánea de este fenómeno antes de que concluyan sus misiones.
De lo contrario, podríamos tener que esperar a misiones tripuladas para ver una de estas "auroras", ¡lo que podría dar lugar a una situación similar a la de Mark Whatney!
Fuentes, créditos y referencias:
Originalmente publicado en Universe Today