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Encuentran en Marte una reacción química nunca antes detectada

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El polo sur marciano
El polo sur marciano
Ilustración: ESA/DLR/FU Berlin/Bill Dunford

Por primera vez, los científicos han detectado cloruro de hidrógeno en Marte. La fuente de este gas incoloro sigue sin estar clara, pero las teorías actuales incluyen la actividad volcánica o un ciclo químico previamente no detectado vinculado a las épicas tormentas de polvo del Planeta Rojo.

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Una nueva investigación publicada en Science Advances es la primera en documentar el cloruro de hidrógeno (HCl) y su química asociada al cloro en la atmósfera marciana. Esta es la primera detección de una nueva clase de molécula en Marte desde que se descubrió el metano, una posible firma biológica, en 2004. El cloruro de hidrógeno no está asociado con la vida (en realidad, todo lo contrario), pero, como el metano, su presencia en Marte es ahora una pregunta que necesita una respuesta.

Kevin Olsen, coautor del estudio e investigador científico del Departamento de Física de la Universidad de Oxford, dice que hay dos posibilidades: o el gas se produce por actividad magmática debajo de la superficie o mediante complejas interacciones químicas que involucran la superficie de polvo y gases atmosféricos. Cualquiera que sea el correcto, será un resultado emocionante.

“Si crece la evidencia del ciclo químico propuesto que vincula los minerales en el polvo de la superficie con los gases en la atmósfera, este será el primer vínculo directo conocido entre la superficie y la atmósfera, además de la formación de hielo”, explicó Olsen en un correo electrónico. “Por otro lado, si se determina que algún tipo de ventilación es la fuente de HCl, como volcanes u otra desgasificación magmática, entonces esta es una de las primeras pruebas de procesos geológicos activos que se ha encontrado”.

Gráfico del ciclo del cloro propuesto en Marte
Gráfico del ciclo del cloro propuesto en Marte
Imagen: ESA

De hecho, la sonda InSight de la NASA, a través de su descubrimiento de marsquakes, ha sugerido la presencia de procesos geológicos desconocidos en Marte. El descubrimiento de metano antes mencionado también apunta a procesos geológicos, o posiblemente biológicos, desconocidos. Sin embargo, si un ciclo químico que involucra materiales de la superficie y gases atmosféricos está involucrado con HCl, eso aún representaría una gran victoria para la ciencia y el ExoMars Trace Gas Orbiter (TCO), ya que este es precisamente el tipo de cosas para las que fue diseñado.

El TCO, que se utilizó para detectar HCl en Marte, es una misión conjunta de la Agencia Espacial Europea y la rusa Roscosmos, y ha estado en órbita alrededor de Marte desde 2016. El objetivo principal del proyecto ExoMars es catalogar gases raros en la atmósfera inferior de Marte —Cosas como vapor de agua, dióxido de nitrógeno, acetileno y metano. El descubrimiento y la interacción potencial de estos y otros compuestos podrían proporcionar evidencia de procesos químicos previamente no detectados que ocurren en Marte. El descubrimiento reportado de HCl, por lo tanto, representa un éxito rotundo para el Trace Gas Orbiter.

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Los datos recopilados por el espectrómetro Atmospheric Chemistry Suite de TCO revelaron una secuencia espectral consistente con HCl. El equipo detectó “múltiples características espectrales, un patrón de puntos fuertes y posiciones características” que les permitió “identificar el HCl de manera inequívoca”, dijo Oleg Korablev, científico planetario del Instituto de Investigación Espacial de Moscú y primer autor del estudio, en un correo electrónico. “Incluso reconocimos dos isótopos con diferentes pesos atómicos de Cl, 35Cl y 37Cl”, agregó.

El HCl, un gas muy importante en la atmósfera terrestre, es invisible a temperatura ambiente, pero produce vapores blancos de ácido clorhídrico cuando entra en contacto con el vapor de agua atmosférico.

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“Cerca de la superficie, se forma a partir de agua de mar evaporada y está vinculado a la formación de ácido, y en la atmósfera superior juega un papel en la destrucción del ozono”, dijo Olsen. “También es emitido por los volcanes, razón por la cual lo hemos estado buscando en Marte, una señal de que hay actividad volcánica activa. Pero no creemos que los volcanes sean la causa de lo que hemos visto. Creemos que hay otra química atmosférica en juego”.

Olsen y sus colegas sospechan esto porque el comportamiento del HCl y el vapor de agua parecen estar relacionados. Este vapor de agua proviene de la capa de hielo del polo sur, que, durante el verano marciano en el hemisferio sur, filtra agua evaporada a la atmósfera. Y, de hecho, el HCl se detectó en abril de 2019, que es a finales del verano en el hemisferio sur marciano.

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“Nuestras observaciones son de los efectos que el ciclo estacional de congelación-descongelación de los casquetes polares tiene sobre la atmósfera y el clima de Marte”, dijo Olsen.

Es importante destacar que las firmas de HCl también se detectaron durante una tormenta de polvo épica que envolvió el planeta en 2018, la misma tormenta que ocurre una vez en una década y que noqueó permanentemente al rover Opportunity de la NASA. La tormenta de polvo global resultó en un efecto invernadero temporal, arrastrando agua desde cerca de la superficie hacia altitudes más altas. Estas fueron las condiciones, “una atmósfera cálida, polvorienta y húmeda”, que pueden haber llevado a la formación de HCl en Marte, dijo Olsen. Pero como observaron los científicos durante el año siguiente, la formación de HCl “puede ocurrir en condiciones estacionales de polvo regulares”, señaló.

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Al mismo tiempo, la evidencia del origen volcánico del HCl sigue siendo débil. Otros y “gases volcánicos esperados más abundantes”, como el dióxido de azufre, “no se detectan en Marte”, dijo Korablev. “La distribución de nuestras detecciones en el planeta no admite ninguna fuente local alrededor de la cual se concentre el HCl”, mientras que el módulo de aterrizaje InSight de la NASA “descubrió que la actividad sísmica en Marte es baja”. Todos estos hechos, dijo, “están en desacuerdo con el origen volcánico del HCl”.

Sin embargo, extrañamente, el HCl desaparece rápidamente. Fue detectado durante y después de la tormenta de polvo global y también durante la temporada de polvo, pero luego desapareció y los investigadores no saben por qué.

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“Nuestra comprensión de cómo se comporta el HCl no explica esto”, dijo Olsen. “No se condensará ni se congelará como el dióxido de carbono o el agua, no debería descomponerse tan rápido y hay demasiado para moverlo a algún lugar donde nuestros instrumentos no midan. Esperamos que haya interacciones con el polvo sólido y las partículas de hielo, pero es un misterio cómo se puede eliminar el HCl de la atmósfera tan rápido como lo vemos”, dijo.

Que el HCl exista en Marte no es una gran sorpresa, ya que los percloratos (un compuesto de cloro diferente), encontrado en 2008, insinuaba la presencia de este gas. Si los investigadores están en lo cierto acerca de una fuente química de HCl, y si el cloro circula entre las fases mineral y gaseosa, “entonces esto tendrá un impacto en la formación de perclorato, pero todavía tenemos que ver cuánto”, dijo Olsen. A lo que agregó: “El HCl también es muy reactivo y juega un papel importante en la atmósfera de la Tierra, y lo estamos viendo en niveles mucho más altos de lo previsto, por lo que afectará la forma en que vemos y modelamos la química de la atmósfera marciana”.

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El equipo ahora espera analizar los datos de TCO recopilados durante el siguiente año marciano, cuando no apareció ninguna tormenta de polvo global. El equipo estudiará cómo la aparición y desaparición del HCl está relacionada con el polvo y el vapor atmosférico y los ingredientes potenciales involucrados en la reacción propuesta gas-minerales. Al mismo tiempo, el equipo también espera “nuevos desarrollos en modelos de química atmosférica y estudios de laboratorio relacionados con la química del cloro en Marte”, dijo Korablev.

Nos gusta pensar en Marte como la mejor alternativa a la Tierra, pero estudios como este son un recordatorio de lo inhóspito y extraño que es este lugar. Hay algo de química realmente funky ahí fuera, sin análogos claros a los procesos vistos en la Tierra. Marte, sin agua corriente en la superficie, una atmósfera dolorosamente delgada llena de dióxido de carbono y temperaturas extremadamente fluctuantes, es el hogar de procesos exóticos que estamos luchando por comprender. Es suficiente decir que no viviremos allí pronto.