Tierra Azul y el Ciclo del Agua
Estudios recientes de sondas planetarias y de muestras de Marte y la Luna revelan que el agua es un lugar común en nuestros mundos vecinos. En la Tierra, el agua circula rápidamente en el entorno cercano a la superficie entre varios depósitos importantes: los océanos dominan, mientras que los casquetes polares y glaciares, las aguas subterráneas, los lagos y ríos, y la atmósfera también desempeñan un papel clave en el ciclo del agua. El agua es aún más abundante en la Tierra de lo que se pensaba: estudios recientes de minerales de alta presión sugieren que los depósitos de hidrógeno profundo pueden contener el equivalente a 80 veces todos los océanos.
Agua en Marte
Uno de los descubrimientos más importantes sobre Marte (Un hallazgo al cual nos hemos enfocado desde principios del siglo XXI), es que Marte tiene mucha agua, la mayoría de la cual se produce como permafrost subterráneo y tal vez algo de agua subterránea en zonas más profundas donde hace calor. Estos repositorios ocultos son potencialmente enormes y, en su mayor parte, están aislados de la capa exterior seca.
Los primeros indicios sustanciales de la verdadera extensión del agua subterránea llegaron en 2002 de la nave espacial Mars Odyssey. En 2007, el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA ofreció una imagen de resolución mucho más alta del agua enterrada mediante el empleo de un radar de penetración terrestre. Estas mediciones pioneras apuntaron a vastas acumulaciones subterráneas de hielo de agua a escala glaciar en las latitudes medias del sur.
Mediciones similares más recientes del orbitador Mars Express de la Agencia Espacial Europea apuntan a la existencia de hielo profundo en gran parte del planeta. Hay lugares cerca de la capa de hielo del polo sur, por ejemplo, con zonas ricas en hielo de más de 1,500 pies de espesor. Ahora parece que Marte tiene suficiente agua congelada cercana al subsuelo para formar un océano que abarca un globo a cientos de pies de profundidad.
Las rocas y minerales distintivos de Marte también apuntan a la presencia de abundante agua en el Planeta Rojo. El módulo de aterrizaje Phoenix de la NASA, y sus dos asombrosos rovers, Spirit y Opportunity, proporcionaron a los científicos datos maravillosos durante años más allá de sus vidas proyectadas, y detectaron una variedad de tales evidencias minerales.
Luego, el rover Curiosity de la NASA comenzó a hacer lo mismo. Los minerales arcillosos ricos en agua, que sugieren la erosión de las rocas en presencia de agua, resultan ser bastante comunes en el entorno cercano a la superficie de Marte. Gran parte del material rico en hidrógeno cerca de la superficie observado por Mars Odyssey probablemente eran minerales arcillosos.
Igual de convincentes son los llamados minerales evaporíticos, que son característicos de los lagos u océanos secos. Una variedad de estos minerales, en particular depósitos planos de sulfatos distintivos, apuntan a cuerpos de agua secos. El ópalo, que es una variedad de cuarzo poco cristalizada que se forma típicamente en sedimentos húmedos, comúnmente en el fondo del océano, también se encuentra en Marte.
Hay mucha más evidencia de agua a escala local y planetaria, evidencia de que el agua alguna vez fluyó libremente a través de la superficie esculpida de Marte. Las fotografías de más alta resolución de la superficie marciana, por ejemplo, las obtenidas por cámaras telescópicas en el Mars Global Surveyor y el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA, revelan signos claros de ríos: antiguos valles ramificados y sistemas de barrancos llenos de rocas; islas en forma de lágrima en antiguos lechos de ríos; características de hundimiento inducidas por el agua en laderas empinadas; e incluso canales de flujo trenzados complejos. Todos estos accidentes geográficos son diagnósticos del flujo de agua.
Además, muchas de esas características atraviesan capas de sedimentos que recuerdan a los depósitos de la Tierra depositados en lagos o mares poco profundos. Incluso hay una sugerencia de una marca global de marea alta, donde tal masa de agua puede haber dejado antiguas terrazas parecidas a playas. Estos accidentes geográficos característicos rodean el hemisferio norte de Marte, que resulta ser topográficamente un poco más bajo que el hemisferio sur.
Algunos científicos planetarios concluyen que un océano continuo cubría la mayoría de las latitudes del norte, más de un tercio de la superficie marciana, a una profundidad promedio de 550 metros. Si eso es cierto, entonces es muy posible que Marte haya sido un planeta azul, cubierto de océanos y vivificante muchos millones de años antes que la Tierra.
Cualquier agua que haya dejado Marte, es mucho menos que la forma en que comenzó. La gravedad, o, mejor dicho, la falta de ella, es la culpable. Marte es demasiado pequeño para retener su hidrógeno. Las moléculas de agua se evaporan, pero son demasiado masivas para volar al espacio. El problema es que los rayos cósmicos dividen el agua en dos: una molécula de OH y un átomo de H. Ese átomo de hidrógeno aislado puede volar al espacio.
Durante miles de millones de años, Marte ha perdido mucho hidrógeno y eso se traduce directamente en una gran pérdida de agua. Solo el agua “encerrada” en las profundidades de la superficie es inmune a este tipo de pérdida.
Agua en la Luna
Marte puede tener mucha agua, y alguna vez pudo haber tenido mucha más, pero la Luna parece haber sido siempre un lugar seco. Varias líneas de evidencia apoyan esta afirmación de una Luna seca. Primero, los telescopios terrestres no encuentran una absorción infrarroja característica. Aún más convincente, las rocas lunares de la misión Apollo no tenían rastros de agua, al menos según las capacidades analíticas de la década de 1970. El hecho de que el hierro metálico persista en la superficie lunar durante 4 mil millones de años es otra señal de que no hay ni rastro de agua corrosiva.
Sin embargo, dos nuevos hallazgos brindan evidencia convincente de que la Luna no está tan seca como alguna vez pensamos. Las observaciones de la superficie de la Luna desde la nave espacial proporcionan una línea de evidencia que no es demasiado sorprendente. Sabemos que los cometas deben chocar contra la Luna de vez en cuando, y cuando lo hacen, se debe agregar un poco de agua a la superficie. Mucha de esa agua debe escapar gradualmente de regreso al espacio, pero si un cometa choca cerca de uno de los polos de la Luna, entonces algo de hielo podría concentrarse en un cráter perpetuamente oscuro, los lugares más fríos de la superficie de la Luna. Las temperaturas nunca se acercan al punto de fusión del agua, por lo que el hielo podría persistir.
Los primeros indicios de tal hielo en el suelo del cráter vinieron de un solo sobrevuelo de la misión Clementine en 1994. Las mediciones de radar fueron consistentes con los depósitos de hielo de agua, pero muchos científicos planetarios no estaban convencidos.
La sonda espacial Lunar Prospector, empleando espectroscopía de neutrones cuatro años después, detectó concentraciones significativas de átomos de hidrógeno, una señal de hielo de agua o minerales hidratados cerca de los polos. Ese resultado también planteó objeciones. Después de todo, debe haber una acumulación importante de iones de hidrógeno implantados en el suelo lunar por miles de millones de años de viento solar del Sol. Esa podría ser una fuente más probable de señal.
Una década después, algunos científicos de la NASA tuvieron la idea de impactar la etapa superior de un cohete Atlas (Un trozo de metal de 9 metros de largo y 2 toneladas de peso) en uno de esos cráteres cerca del polo y luego observar los escombros del impacto en busca de señales de agua.
La misión consiguiente, el satélite de observación y detección de cráteres lunares (LCROSS – Lunar Crater Observation and Sensing Satellite), apuntó a un cráter en la sombra del polo sur llamado Cabeus. El impacto tuvo lugar el 9 de octubre de 2009 y produjo una columna de polvo y escombros de tamaño considerable, visibles en los telescopios terrestres. Había una pequeña pero importante cantidad de agua.
Todo este interés renovado en el agua lunar llevó a otro descubrimiento, esta vez en datos antiguos. Roger Clark, del Servicio Geológico de Estados Unidos, reexaminó los datos recopilados durante un sobrevuelo lunar el 19 de agosto de 1999, por la misión Cassini-Huygens, que estaba en un viaje de cinco años para estudiar Saturno. Resulta que la cámara infrarroja de Cassini-Huygens había captado una clara evidencia de agua lunar.
Los descubrimientos de LCROSS y Cassini-Huygens fueron reforzados por otra misión: La nave espacial india Chandrayaan-1, que realizó sus propias observaciones infrarrojas de la superficie lunar.
Luego, hubo hallazgos de que las rocas lunares de la Misión Apollo contenían agua previamente no detectada, lo que sugirió que el agua total de la Luna podría ser aún mayor. La mayor parte del agua original se ha perdido: Una gran cantidad de agua ciertamente se hirvió durante el vulcanismo anterior, y mucha más agua se ha evaporado gradualmente al espacio durante miles de millones de años posteriores de historia lunar.
Basándose en el agua restante, los investigadores han calculado que el contenido de agua original del magma puede haber sido tan alto como 750 partes por millón. Esto es comparable al contenido de agua de muchas rocas volcánicas en la Tierra, y es agua más que suficiente para impulsar el vulcanismo explosivo. Además, si esa cantidad de agua provocó un vulcanismo explosivo en la Luna hace miles de millones de años, todavía hoy se debe almacenar mucha agua en algún lugar profundo de la Luna.
El Ciclo del Agua en la Tierra
Dos procesos en curso (La subducción, por la cual la vieja corteza es tragada por el manto, y el vulcanismo, por el cual el material del manto genera nueva corteza) tienen efectos tremendos en el ciclo del agua.
El ciclo del agua de la Tierra implica intercambios continuos de moléculas de agua entre varios reservorios importantes.
- Los océanos son los reservorios de agua más grandes y contienen más del 96 por ciento del agua disponible.
- Los casquetes polares y los glaciares contienen ahora más del 3 por ciento del agua cercana a la superficie de la Tierra; esa cantidad puede aumentar hasta un 6 por ciento durante las edades de hielo.
- La mayor parte del agua no salada disponible para el consumo se encuentra en las aguas subterráneas.
- Los lagos, ríos, arroyos y la atmósfera representan solo alrededor del 0.01 por ciento de toda el agua cercana a la superficie.
- La vida contiene una fracción muy pequeña de toda el agua, pero juega un papel importante en el ciclo del agua.
Los experimentos de alta presión que emplean grandes prensas y pequeñas celdas de yunque de diamante revelan que muchos minerales comunes incorporan átomos de hidrógeno, en las condiciones del manto y el núcleo.
Referencias
Roberth M. Hazen
Hydrology: An Introduction
Wilfried Brutsaert
James Trefil, Robert M. Hazen