Planeta Tierra

Convertir el agua en hielo puede desencadenar erupciones en el Sistema Solar exterior

¡Agua! La Tierra tiene una gran cantidad de ella. Muchos de nosotros ni siquiera pensamos en lo extraña que es el agua como sustancia porque es muy común en el planeta. Una de las propiedades más extrañas del agua es cómo se expande cuando se congela, en lugar de encogerse como la gran mayoría de las demás sustancias. Hay consecuencias para este extraño aumento de volumen cuando el agua se convierte en hielo. En la Tierra, esa conversión puede convertir la roca sólida en escombros a medida que el agua se expande y se contrae cuando se congela y se descongela. El agua es un poderoso agente de cambio durante su cambio de líquido a sólido.

La cosa es que el agua en la Tierra es una verdadera anomalía. En ningún otro lugar se encuentra tanta agua líquida en la superficie. Si observamos el resto del sistema solar, el agua tiende a encontrarse en estado sólido en la superficie de asteroides, cometas o lunas de los planetas exteriores. Algunas de esas lunas, como Europa, Calisto y Ganímedes alrededor de Júpiter, Encelado alrededor de Saturno y Tritón alrededor de Urano e incluso planetas enanos como Plutón están cubiertos por capas de hielo que pueden tener cientos de kilómetros de espesor.

Hielo como roca, agua como lava

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La temperatura dentro de estos objetos aumenta a medida que se profundiza y, a medida que aumenta la presión, el punto de fusión del agua disminuye. Agregue cualquier sal que pueda ser parte de este hielo para reducir aún más el punto de fusión, y tiene muchas posibilidades de que haya bolsas de agua líquida en las capas de hielo o incluso océanos profundos de líquido debajo de las capas heladas.

Imagen de Cassini de penachos saliendo de la superficie de Encelado. (Crédito: NASA/JPL-Caltech/Instituto de Ciencias Espaciales)

En muchos sentidos, en estas lunas heladas, el agua y el hielo se comportan de forma muy parecida a como lo hacen el magma y las rocas en la Tierra. El agua líquida se puede almacenar en la corteza helada, pero si las condiciones de presión son las adecuadas, esa agua líquida brotará en la superficie como lo haría la lava aquí. Sin embargo, las causas de este criovulcanismo (volcanismo de hielo) no están del todo claras.

En la Tierra, el magma sube a través de la corteza y entra en erupción porque es menos denso que las rocas sólidas que lo rodean. La presión aumenta debido al volumen de magma que se eleva hacia la corteza y la flotabilidad continua de ese magma caliente menos denso.

No se puede decir lo mismo de la mayoría de los mundos helados. ¿Qué hacen los cubos de hielo y los icebergs? ¡flotan! Esto se debe a que el hielo es menos denso que el agua líquida (otra extraña peculiaridad del agua), por lo que, según esa lógica, el agua líquida no debería ascender a través de la corteza sólida de hielo. No debería haber criovulcanismo.

Hacer brotar agua (cuando no debería)

En preparación para Europa Clipper, los científicos de la NASA reprocesaron recientemente datos antiguos de la nave espacial Galileo de la década de 1990 con técnicas modernas para obtener vistas nuevas y más detalladas del llamado «terreno del caos» en la superficie de la luna. (Crédito: NASA/JPL-Caltech/Instituto SETI)

Sin embargo, vemos evidencia de ello en la superficie de lugares como Europa. ¿Cómo podemos hacer que ocurra el criovulcanismo si no podemos contar con la flotabilidad natural del líquido que podría entrar en erupción? Una nueva investigación realizada por Elodie Lesage y otros en Planetary Science Journal sugiere que podría ser el práctico cambio de volumen del hielo lo que podría ser la clave.

Modelaron cómo una masa de agua líquida en una corteza helada como la que se encuentra en Europa respondería a la congelación. Lo que encontraron es que, en las condiciones adecuadas, los cuerpos de agua líquida se presurizarán y se convertirán en hielo a lo largo de sus bordes. A medida que se forma ese hielo, ocupa más espacio que el agua líquida que una vez estuvo allí, por lo que el agua líquida restante tiene menos espacio… lo que aumenta la presión.

Resulta que necesitas estar relativamente poco profundo en la corteza helada para que esto funcione. Como sabemos por los glaciares y las capas de hielo de la Tierra, el hielo puede fluir bajo presión, es decir, puede deformarse cuando se somete a tensión. Entonces, si el cuerpo de agua líquida está en lo profundo de la corteza de hielo de Europa, el hielo que lo rodea simplemente se deformará, dando más espacio al agua líquida y, por lo tanto, no se presurizará.

Sin embargo, al igual que la roca en la Tierra, la capa superior de hielo (hasta 2-5 millas/4-8 kilómetros) es mucho más frágil. Por lo tanto, no se deforma al quitar el cambio de volumen, lo que genera presión. Lesage y sus colegas descubrieron que los cuerpos de agua líquida poco profundos en forma de platillo son los mejores para crear la situación presurizada que conduciría al criovulcanismo.

Entonces, eso es para todas las peculiaridades del agua, como su expansión cuando se convierte en hielo, la capacidad del hielo para deformarse y su capacidad para permanecer líquido a temperaturas más frías gracias a la presión y las sales, obtenemos las condiciones adecuadas para volcanes que erupcionan agua líquida en la superficie de estas lunas. Quién sabe, tal vez estos charcos de agua salada traicionen vastas redes interconectadas de agua líquida que se alimentan de la capa de agua cientos de millas debajo… y ese podría ser el lugar donde la vida acecha en el sistema solar.

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