Géiseres marcianos (o CO
2chorros ) son sitios putativos de pequeñas erupciones de gas y polvo que ocurren en la región del polo sur de Marte durante el deshielo primaveral. Las "manchas oscuras de las dunas" y las "arañas", o araneiformes [1] , son los dos tipos de características más visibles atribuidas a estas erupciones.
Los géiseres marcianos son distintos de los géiseres de la Tierra, que suelen estar asociados con la actividad hidrotermal. Estos son diferentes a cualquier fenómeno geológico terrestre. La reflectancia ( albedo ), las formas y la apariencia inusual de araña de estas características han estimulado una variedad de hipótesis sobre su origen, que van desde diferencias en la reflectancia del glaseado hasta explicaciones que involucran procesos biológicos. Sin embargo, todos los modelos geofísicos actuales asumen algún tipo de actividad similar a un chorro o un géiser en Marte. [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Sus características, y el proceso de su formación, son todavía un tema de debate.
Estas características son exclusivas de la región polar sur de Marte en un área llamada informalmente "región críptica", en latitudes de 60 ° a 80 ° sur y longitudes de 150 ° W a 310 ° W; [11] [12] [13] Esta zona de transición de hielo de dióxido de carbono (CO 2 ) de 1 metro de profundidad , entre las escarpas de la gruesa capa de hielo polar y el permafrost, es donde se encuentran los grupos de aparentes sistemas de géiseres.
El congelamiento y descongelamiento estacional del hielo de dióxido de carbono da como resultado la aparición de una serie de características, como manchas oscuras de dunas con surcos o canales en forma de araña debajo del hielo, [3] donde los canales radiales en forma de araña están tallados entre el suelo y el hielo de dióxido de carbono, dándole una apariencia de telarañas, luego, la presión acumulada en su interior expulsa gas y arena o polvo basáltico oscuro, que se deposita en la superficie del hielo y así, formando manchas oscuras de dunas. [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Este proceso es rápido, se observa que ocurre en el espacio de unos pocos días, semanas o meses, una tasa de crecimiento bastante inusual en geología, especialmente para Marte. [14] Sin embargo, parecería que se necesitarían varios años para tallar los canales en forma de araña más grandes. [2] No hay datos directos sobre estas características que no sean imágenes tomadas en los espectros visible e infrarrojo .
Historia
Las características geológicas denominadas informalmente manchas de dunas oscuras y arañas fueron descubiertas por separado en imágenes adquiridas por la cámara del MOC a bordo del Mars Global Surveyor durante 1998-1999. [15] [16] Al principio, en general se pensó que eran características no relacionadas debido a su apariencia, por lo que desde 1998 hasta 2000 se informaron por separado en diferentes publicaciones de investigación ( [16] [17] y [18], respectivamente). Los modelos "jet" o "géiser" se propusieron y perfeccionaron a partir del 2000. [4] [5]
El nombre 'arañas' fue acuñado por el personal de Malin Space Science Systems , los desarrolladores de la cámara. Una de las primeras y más interesantes fotografías de arañas fue encontrada por Greg Orme en octubre de 2000. [19] La forma y apariencia inusuales de estas 'telarañas' y manchas causaron mucha especulación sobre su origen. La vigilancia de los primeros años mostró que durante los siguientes años marcianos, el 70% de las manchas aparecen exactamente en el mismo lugar, y un estudio estadístico preliminar obtenido entre septiembre de 1999 y marzo de 2005, indicó que las manchas oscuras de las dunas y las arañas son fenómenos relacionados como funciones. del ciclo del dióxido de carbono (CO 2 ) que se condensa como “ hielo seco ” y se sublima. [20]
También se sugirió inicialmente que las manchas oscuras eran simplemente parches cálidos de suelo desnudo, pero las imágenes térmicas durante 2006 revelaron que estas estructuras eran tan frías como el hielo que cubre el área, [9] [20] lo que indica que eran una capa delgada de material oscuro que se encuentra encima del hielo y se mantiene frío. [9] Sin embargo, poco después de su primera detección, se descubrió que eran características topográficas negativas, es decir, depresiones radiales o canales de lo que hoy se cree que son sistemas de ventilación similares a géiseres. [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
Morfología
Las dos características más destacadas de los géiseres (manchas oscuras de dunas y canales de araña) aparecen al comienzo de la primavera marciana en campos de dunas cubiertos de dióxido de carbono (CO 2 o 'hielo seco'), principalmente en las crestas y laderas de las dunas; al comienzo del invierno, desaparecen. La forma de las manchas oscuras es generalmente redonda, en las laderas suele ser alargada, a veces con arroyos —posiblemente de agua— que se acumulan en charcos en el fondo de las dunas. [21] [22] Las dunas oscuras miden típicamente de 15 a 46 metros (50 a 150 pies) de ancho y están espaciadas a varios cientos de pies. [9] El tamaño de los puntos varía, y algunos son tan pequeños como 20 m de ancho, [16] [23] —sin embargo, el tamaño más pequeño visto está limitado por la resolución de la imagen— y pueden crecer y fusionarse en formaciones de varios kilómetros de ancho.
Las características de las arañas, cuando se ven individualmente, forman una estructura lobulada redonda que recuerda a una telaraña que se irradia hacia afuera en lóbulos desde un punto central. [24] Sus patrones radiales representan canales o conductos poco profundos en el hielo formados por el flujo del gas de sublimación hacia los respiraderos. [3] [4] Toda la red de canales de araña tiene típicamente 160-300 m de ancho, aunque hay grandes variaciones. [2]
La forma característica de cada géiser parece depender de una combinación de factores tales como la composición y presión del fluido o gas local, el espesor del hielo, el tipo de grava subyacente, el clima local y las condiciones meteorológicas. [14] El límite de los géiseres no parece correlacionarse con ninguna otra propiedad de la superficie, como elevación, estructura geológica, pendiente, composición química o propiedades térmicas. [6] El sistema similar a un géiser produce manchas, abanicos y manchas de bajo albedo, con pequeñas redes de canales radiales en forma de araña que suelen asociarse con su ubicación. [2] [14] [20] Al principio, las manchas parecen ser grises, pero luego sus centros se oscurecen porque gradualmente se cubren con eyecciones oscuras, [18] que se cree que son principalmente arena basáltica . [17] No todas las manchas oscuras observadas a principios de la primavera están asociadas con formas terrestres de arañas, sin embargo, una preponderancia de manchas oscuras y rayas en el terreno críptico se asocia con la aparición de arañas más adelante en la temporada. [2]
Las imágenes transcurridas en el tiempo realizadas por la NASA confirman la aparente eyección de material oscuro después del crecimiento radial de los canales de araña en el hielo. [9] Las imágenes en tiempo real de una sola área de interés también muestran que las pequeñas manchas oscuras generalmente indican la posición de las características de las arañas que aún no son visibles; también muestra que los puntos se expanden significativamente, incluidos los abanicos oscuros que emanan de algunos de los puntos, que aumentan en prominencia y desarrollan una clara direccionalidad indicativa de la acción del viento. [2]
Algunos barrancos ramificados modifican, otros destruyen y otros crean costra en un proceso dinámico cercano a la superficie que reelabora extensamente el terreno creando y destruyendo capas superficiales. Por lo tanto, Marte parece tener un proceso dinámico de reciclaje de su corteza de dióxido de carbono cerca de la superficie. El proceso de crecimiento es rápido, ocurre en el espacio de unos pocos días, semanas o meses, una tasa de crecimiento bastante inusual en geología, especialmente para Marte. [14] Se han investigado varios modelos geofísicos para explicar el desarrollo de varios colores y formas de estos géiseres en la capa de hielo del polo sur de Marte.
Amplia vista de las plumas, como las ve HiRISE bajo el programa HiWish. Muchas de las plumas muestran arañas cuando se amplían.
Plumas, como las ve HiRISE en el programa HiWish. La flecha muestra una doble pluma. Esto puede deberse a los vientos cambiantes.
Pluma larga, vista por HiRISE bajo el programa HiWish
Arañas, vistas por HiRISE bajo el programa HiWish
Plumas y arañas, como las ve HiRISE bajo el programa HiWish
Plumas y arañas, como las ve HiRISE bajo el programa HiWish
Plumas y arañas, como las ve HiRISE bajo el programa HiWish
Amplia vista de plumas y arañas, como las ve HiRISE bajo el programa HiWish
Plumas y arañas, como las ve HiRISE bajo el programa HiWish
Terreno parecido a una araña en Marte
Modelos de mecanismo de géiser
Se estima que la fuerza de las erupciones varía desde simples aumentos hasta erupciones de alta presión a velocidades de 160 kilómetros por hora (99 mph) o más, [4] [25] llevando arena basáltica oscura y columnas de polvo en lo alto. [9] Los modelos propuestos actuales que tratan con las posibles fuerzas que impulsan el sistema similar a un géiser se discuten a continuación.
Presión atmosférica
La presión atmosférica en la superficie de Marte varía anualmente alrededor de: 6,7–8,8 mbar y 7,5–9,7 mbar; diariamente alrededor de 6,4–6,8 mbar. Debido a los cambios de presión, los gases subsuperficiales se expanden y contraen periódicamente, provocando un flujo de gas descendente durante el aumento y la expulsión durante la disminución de la presión atmosférica. [7] Este ciclo se cuantificó primero con mediciones de la presión superficial, que varía anualmente con una amplitud del 25%. [2]
- Modelo de hidrato de clatrato
Este modelo propone un flujo de gas descendente durante el aumento y un flujo ascendente durante la disminución de la presión atmosférica. En el proceso de descongelación, los hielos (clatrato) pueden migrar parcialmente al suelo y parcialmente evaporarse. [7] [14] Estas ubicaciones pueden estar relacionadas con la formación de manchas oscuras en las dunas y los brazos de las arañas como trayectorias de viaje de gas. [7]
Ventilación en seco
Algunos equipos proponen la ventilación en seco de dióxido de carbono (CO 2 ) y arena, que se produce entre el hielo y el lecho rocoso subyacente. Se sabe que una placa de hielo de CO 2 es prácticamente transparente a la radiación solar, donde el 72% de la energía solar incidente a 60 grados de la vertical alcanzará el fondo de una capa de 1 m de espesor. [4] [27] Además, equipos separados de Taiwán y Francia midieron el espesor del hielo en varias áreas objetivo y descubrieron que el mayor espesor de la capa de escarcha de CO 2 en el área de los géiseres es de aproximadamente 0,76 a 0,78 m, lo que respalda la Modelo geofísico de ventilación en seco alimentado por luz solar. [8] [28] [29] A medida que el hielo de CO 2 de la primavera del sur recibe suficiente energía solar, comienza la sublimación del hielo de CO 2 desde el fondo. [2] Este vapor se acumula debajo de la losa aumentando rápidamente la presión y erupcionando. [6] [9] [14] [30] [31] El gas a alta presión fluye a una velocidad de 160 kilómetros por hora (99 mph) o más; [4] [25] debajo de la losa, el gas erosiona el suelo a medida que avanza hacia los conductos de ventilación, recogiendo partículas sueltas de arena y tallando la red de arañazos de surcos. [8] El material oscuro vuelve a caer a la superficie y puede ser arrastrado cuesta arriba por el viento, creando patrones de rayas de viento oscuras en la capa de hielo. [20] [25] Este modelo es consistente con observaciones pasadas. [25] [32] La ubicación, el tamaño y la dirección de estos ventiladores son útiles para cuantificar los vientos estacionales y la actividad de sublimación. [26]
Está claro que la sublimación de la base de la capa de hielo estacional es más que capaz de generar una sobrepresión sustancial, [2] que es cuatro órdenes de magnitud más alta que la presión de sobrecarga de hielo y cinco órdenes de magnitud más alta que la presión atmosférica como se discutió anteriormente. . [2]
La observación de que se forman algunas manchas oscuras antes del amanecer, con una formación de manchas significativa que ocurre inmediatamente después del amanecer, apoya la idea de que el sistema funciona con energía solar. [33] Con el tiempo, el hielo se elimina por completo y el material granular oscuro vuelve a la superficie; [33] el ciclo se repite muchas veces. [20] [34] [35]
Los experimentos de laboratorio realizados en 2016 pudieron desencadenar erupciones de polvo de una capa de polvo dentro de un CO
2losa de hielo bajo las condiciones atmosféricas marcianas, prestando apoyo al CO
2modelo de producción de chorro y ventilador. [26]
Erosión provocada por el agua
Los datos obtenidos por el satélite Mars Express , hicieron posible en 2004 confirmar que el casquete polar sur tiene un promedio de 3 kilómetros (1,9 millas) de capa de hielo de CO 2 [36] con diferentes contenidos de agua congelada, dependiendo de su latitud. : el casquete polar brillante en sí mismo, es una mezcla de hielo de CO 2 al 85% y hielo de agua al 15%. [37] La segunda parte comprende laderas empinadas conocidas como 'escarpas', hechas casi en su totalidad de hielo de agua, que caen desde el casquete polar hacia las llanuras circundantes. [37] Esta zona de transición entre las escarpas y el permafrost es la "región críptica", donde se encuentran los grupos de géiseres.
Este modelo explora la posibilidad de estructuras erosivas activas impulsadas por el agua, donde el gas CO 2 expulsa el suelo y el agua derivados de la capa subterránea poco profunda a través de fisuras que erosionan las juntas para crear afluentes radiantes en forma de araña cubiertos con material similar al barro y / o hielo. [14] [38] [39] [40]
Geotermia
Un equipo europeo propone que las características podrían ser una señal de que la fuente de energía no solar es responsable de los chorros, por ejemplo, una ola de calor subterránea. [14] [41] Este modelo es difícil de conciliar con la evidencia recopilada en forma de imagen de emisión térmica (infrarroja), que muestra que los ventiladores, manchas y manchas se producen por expulsión de fluidos fríos o gases fríos. [31] [42]
Ciclos de agua y dióxido de carbono
Michael C. Malin , un científico planetario y diseñador de las cámaras utilizadas por el Mars Global Surveyor que obtuvo las primeras imágenes del fenómeno del géiser de CO 2 , está estudiando las imágenes adquiridas de áreas específicas y rastrea sus cambios durante un período de unos pocos años. En 2000, modeló la dinámica de los ventiladores y las manchas como un proceso complejo de dióxido de carbono (CO 2 ) y sublimación y reprecipitación del agua. El patrón típico de descongelación procede del inicio de pequeñas manchas oscuras ubicadas típicamente en los márgenes de las dunas; estos puntos se agrandan individualmente y eventualmente todos se fusionan. [34] El patrón que sigue el agrandamiento es distinto y característico: una mancha nuclear oscura se agranda lentamente, a menudo con una zona exterior brillante o 'halo'. Como se trata de fenómenos centrípetos progresivos, cada ubicación de la zona de luz es superada por una zona de oscuridad en expansión. Aunque inicialmente se desarrolló a lo largo de los márgenes de las dunas, la formación de manchas se extiende rápidamente hacia y entre las dunas. A medida que avanza la primavera, se desarrollan colas en forma de abanico ('arañas') desde el punto central. La descongelación ocurre cuando la arena polar de bajo albedo se calienta debajo de una capa ópticamente delgada de escarcha, lo que hace que la escarcha se evapore. Este es el núcleo oscuro de las manchas que se ven en las dunas. A medida que el vapor se mueve lateralmente, encuentra aire frío y se precipita, formando el halo brillante. Esta escarcha precipitada se vaporiza de nuevo a medida que se expande la zona descubierta de arena; el ciclo se repite muchas veces. [20] [34] [35]
Agencia Espacial Europea
Si bien la Agencia Espacial Europea (ESA) aún no ha formulado una teoría o modelo, han afirmado que el proceso de sublimación de escarcha no es compatible con algunas características importantes observadas en las imágenes, y que la ubicación y forma de las manchas está en No tiene nada que ver con una explicación física, específicamente, porque los canales parecen irradiar cuesta abajo tanto como irradian cuesta arriba, desafiando la gravedad. [43]
Origen biológico hipotético
Un equipo de científicos húngaros propone que las manchas oscuras de las dunas y los canales pueden ser colonias de microorganismos marcianos fotosintéticos , que pasan el invierno debajo de la capa de hielo y, a medida que la luz solar regresa al polo a principios de la primavera, la luz penetra en el hielo y los microorganismos realizan la fotosíntesis. y calentar su entorno inmediato. Una bolsa de agua líquida, que normalmente se evaporaría instantáneamente en la fina atmósfera marciana, está atrapada a su alrededor por el hielo que las recubre. A medida que esta capa de hielo se adelgaza, los microorganismos se vuelven grises. Cuando se ha derretido por completo, se desecan rápidamente y se vuelven negros rodeados de una aureola gris. [22] [44] [45] [46] Los científicos húngaros piensan que incluso un proceso de sublimación complejo es insuficiente para explicar la formación y evolución de las manchas oscuras de las dunas en el espacio y el tiempo. [23] [47] Desde su descubrimiento, el escritor de ficción Arthur C. Clarke promovió estas formaciones como merecedoras de estudio desde una perspectiva astrobiológica . [19]
Un equipo multinacional europea sugiere que si el agua líquida está presente en los canales de las arañas durante su ciclo anual de descongelación, las estructuras podrían proporcionar un nicho donde ciertas formas de vida microscópicas podrían haber retrocedido y adaptado mientras que al abrigo de UV de la radiación solar. [3] Los equipos británicos y alemanes también consideran la posibilidad de que la materia orgánica , los microbios o incluso las plantas simples puedan coexistir con estas formaciones inorgánicas, especialmente si el mecanismo incluye agua líquida y una fuente de energía geotérmica . [14] [48] Sin embargo, también señalan que la mayoría de las estructuras geológicas pueden explicarse sin invocar ninguna hipótesis orgánica de "vida en Marte". [14] (Ver también: Vida en Marte ).
Misión de aterrizaje
No hay datos directos sobre estas características que no sean imágenes tomadas en los espectros visible e infrarrojo, y se está considerando el desarrollo del módulo de aterrizaje Mars Geyser Hopper para estudiar los sistemas similares a géiseres. [49] [50] Aún no se ha propuesto ni financiado oficialmente.
Ver también
- Aracnoides (astrogeología) - Gran estructura de origen desconocido en Venus
- Terreno del caos : área distintiva de terreno accidentado o desordenado
- Geología de Marte : estudio científico de la superficie, la corteza y el interior del planeta Marte
- Geología planetaria : la geología de objetos astronómicos aparentemente en órbita alrededor de objetos estelares.
- Rille - Fisura, especialmente en la Luna
- Características del queso suizo: características enigmáticas de la superficie en la capa de hielo del sur de Marte
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enlaces externos
- Repositorio de fotografías de las "arañas" marcianas .
- Arthur C. Clarke sobre las características de "Martian Spider": 1