El impacto global de la electricidad en las tormentas de polvo en Marte
Cuando las partículas de polvo se frotan entre sí, como sucede en las tormentas de polvo marcianas, pueden electrificarse, transfiriendo cargas eléctricas positivas y negativas de la misma manera que acumulas electricidad estática si te arrastras por una alfombra
Fuertes campos eléctricos se acumulan en las tormentas de polvo en la Tierra, por lo que tal vez no sea sorprendente que esto también suceda en Marte. Pero, ¿qué sucede después? Probablemente no sea un relámpago repentino, como cabría esperar en la Tierra.
En cambio, el científico planetario Alian Wang de la Universidad de Washington en St. Louis cree que la descarga eléctrica en Marte probablemente se parece más a un resplandor tenue. (Ninguno de los módulos de aterrizaje, rovers u otras misiones de Marte ha capturado una imagen real de él).
"Podría ser algo así como la aurora en las regiones polares de la Tierra, donde los electrones energéticos chocan con las especies atmosféricas diluidas", dijo Wang, profesor investigador de ciencias terrestres y planetarias en Arts & Sciences.
El nuevo estudio de Wang en la revista Geophysical Research Letters muestra que la electricidad en las tormentas de polvo podría ser la principal fuerza impulsora del ciclo del cloro marciano.
Como antecedente, los científicos consideran al cloro como uno de los cinco elementos que son "móviles" en Marte (los otros son hidrógeno, oxígeno, carbono y azufre). Esto significa que el cloro, en diferentes formas, se mueve de un lado a otro entre la superficie y la atmósfera de Marte. En el suelo, los depósitos de cloruro, que son similares a las playas salinas o las salinas poco profundas de la Tierra, están muy extendidos. Estos depósitos de cloruro probablemente se formaron en la historia temprana de Marte como sales de cloruro precipitadas de la salmuera.
En el nuevo estudio, Wang muestra que una forma particularmente eficiente de mover el cloro del suelo al aire en Marte es a través de reacciones desencadenadas por descargas eléctricas generadas en las actividades del polvo marciano.
Wang y sus colaboradores realizaron una serie de experimentos que obtuvieron altos rendimientos de gases de cloro a partir de cloruros comunes, todo eliminando las sales sólidas con descargas eléctricas en condiciones similares a las de Marte. Llevaron a cabo estos experimentos utilizando una cámara de simulación planetaria en la Universidad de Washington (llamada Cámara de análisis y entorno planetario, o PEACh ).
"La alta tasa de liberación de cloro de los 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", dijo Kevin Olsen, investigador de The Open University, en el Reino Unido, y coautor del nuevo estudio.
"Estos hallazgos respaldan que las actividades de polvo marciano pueden impulsar un ciclo global de cloro. Con ExoMars Trace Gas Orbiter, vemos actividad estacional repetida que coincide con tormentas de polvo globales y regionales", dijo.
Más fácil en Marte que en la Tierra
"La electrificación por fricción es un proceso común en nuestro sistema solar, y se sabe que las actividades de polvo marciano son una fuente poderosa de acumulación de carga eléctrica", dijo Wang, quien es miembro de la facultad del Centro McDonnell de Ciencias Espaciales de la universidad. "La delgada atmósfera de Marte hace que sea mucho más fácil que los campos eléctricos acumulados se rompan en forma de descargas electrostáticas. De hecho, es cien veces más fácil en Marte que en la Tierra".
Los científicos involucrados en las misiones Viking que aterrizaron en Marte en la década de 1970 propusieron por primera vez que las tormentas de polvo podrían ser una fuente de la nueva química reactiva en el planeta rojo.
Sin embargo, los efectos químicos de las actividades del polvo fueron difíciles de estudiar. Ciertas oportunidades de misión, como ExoMars Schiaparelli EDM lanzada en 2016, terminaron en fracaso. Los científicos recurrieron a modelos y estudios experimentales.
En los últimos años, Wang y otros científicos han publicado investigaciones que muestran que cuando la descarga electrostática interactúa con las sales de cloro en un entorno rico en dióxido de carbono similar al de Marte, puede generar percloratos y carbonatos, y también liberar cloro en forma de gas.
Pero este nuevo estudio es el primero en tratar de cuantificar cuánto de estos productos químicos se producen realmente durante las tormentas de polvo.
"Las tasas de reacción son enormes", dijo Wang. "Lo que es más importante, el cloro liberado en un proceso de descarga electrostática de fuerza media de corta duración se encuentra en un nivel porcentual". Esto significa que durante un experimento de descarga electrostática simulada de siete horas, al menos una de cada 100 moléculas de cloruro se descompone y luego libera su átomo de cloro a la atmósfera.
Similares pero ligeramente más bajas, las tasas de formación de carbonatos y percloratos se encuentran en niveles inferiores al porcentaje y por mil, dijo Wang.
Estos altos rendimientos llevan a Wang y su equipo a creer que las actividades del polvo marciano pueden vincularse a tres fenómenos globales revelados recientemente por las misiones a Marte.
La descarga eléctrica puede estar relacionada con las concentraciones extremadamente altas de perclorato y carbonato a nivel mundial en la capa superior del suelo marciano, dijo. Cuantitativamente, el extremo superior de los rangos de concentración observados puede acumularse por descargas eléctricas inducidas por tormentas de polvo en menos de la mitad del período amazónico, el período más reciente de la historia de Marte, que se cree que comenzó hace unos 3 mil millones de años. Además, el alto rendimiento de átomos de cloro liberados de los cloruros puede explicar las altas concentraciones de cloruro de hidrógeno observadas en la atmósfera marciana durante las temporadas de polvo de 2018 y 2019, cuando se supone que un espesor de 1 a 10 cm de polvo de la superficie marciana sería levantado por un tormenta de polvo mundial.
"Ningún otro proceso que conozcamos puede hacer esto", dijo Wang, "especialmente con un rendimiento de liberación de cloro tan cuantitativamente alto ".
Referencia
Alian Wang et al, Quantification of Carbonates, Oxychlorines, and Chlorine Generated by Heterogeneous Electrochemistry Induced by Martian Dust Activity, Geophysical Research Letters (2023). DOI: 10.1029/2022GL102127
Talia Ogliore, Universidad de Washington en St. Louis