La electricidad en las tormentas de polvo marcianas ayuda a formar percloratos

Un diablo de polvo marciano serpenteando a lo largo de la región de Amazonis Planitia, en el norte de Marte, en marzo de 2012. (Foto: Orbitador de Reconocimiento de Marte de la NASA)

Según la nueva investigación de la Universidad de Washington en St. Louis, el zip de electricidad en las tormentas de polvo de Marte ayuda a formar las enormes cantidades de perclorato que se encuentran en los suelos del planeta. No es un rayo, sino otra forma de descarga electrostática que presenta el golpe clave en la distribución de la sustancia química reactiva en todo el planeta, dijo Alian Wang, profesor de investigación en el Departamento de Tierra y Ciencias Planetarias en Artes y Ciencias. 

"Encontramos un nuevo mecanismo que puede ser estimulado por un tipo de evento atmosférico que es exclusivo de Marte y que ocurre con frecuencia, dura mucho tiempo y cubre grandes áreas del planeta, es decir, tormentas de polvo y diablos de polvo", dijo Wang. "Explica la alta concentración única de una sustancia química importante en los suelos marcianos y eso es muy importante en la búsqueda de vida en Marte". 

El nuevo trabajo es un estudio experimental que simula las condiciones de Marte en una cámara de laboratorio en la Tierra. 

Sorprendente cantidad de un reactivo químico 

Cuando el Phoenix Mars Lander de la NASA llegó al planeta en busca de entornos adecuados para la vida microbiana, los investigadores se sorprendieron al encontrar altas concentraciones de percloratos en el suelo, que van desde 0,5 a 1,0 por ciento. 

Un malentendido popular en el momento llevó a algunas personas a creer que los percloratos matarían a todos los microbios marcianos. En realidad, algunos microbios pueden usar percloratos como fuente de energía , aunque los percloratos son tóxicos para los humanos. 

El ion perclorato, hecho de un átomo de cloro y cuatro átomos de oxígeno, es estable, pero el clorato, una sustancia química relacionada con solo tres átomos de oxígeno, es un oxidante fuerte, como lo demuestra Kaushik Mitra, un estudiante graduado de la Universidad de Washington en ciencias de la tierra y el planeta. 

La nueva investigación de Wang muestra que el clorato es el primer y principal producto en la ruta de las transiciones de fase del cloruro al perclorato durante la química del plasma redox multifase: el nuevo mecanismo descrito por primera vez el 15 de octubre en la revista Earth and Planetary Science Letters. 

Una fuente de energía en la tormenta 

En la Tierra, los percloratos naturales se forman por reacciones fotoquímicas alimentadas por la luz solar. Son raros, pero existen: los percloratos obtenidos de esta manera se han encontrado en los suelos de regiones hiperáridas de la Tierra, como el desierto de Atacama en Chile, los valles secos de la Antártida o la cuenca de Qaidam en la meseta del Tíbet, por ejemplo. Pero Marte tiene aproximadamente 10 millones de veces más percloratos en su suelo de lo que se podría predecir a través de este tipo de fotoquímica solo. 

Desierto de Atacama (Foto: Wikipedia)

Los modeladores sugirieron que los rayos podrían proporcionar la energía para estas reacciones químicas en Marte. Pero Wang y su equipo de la Universidad de Washington, que incluye a Kun Wang (sin relación), profesor asistente en ciencias terrestres y planetarias; Jennifer Houghton, investigadora científica; y Chuck Yan, técnico de ingeniería, fueron los primeros en crear una simulación experimental real que demostró un rendimiento de clorato / perclorato que fue 1.000 veces el rendimiento generado por la fotoquímica en el laboratorio. 

Este trabajo se completó en colaboración con ZC Wu en el Instituto de Ciencia Espacial de la Universidad de Shandong en China; William Farrell en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA ; y Andrew Jackson en la Texas Tech University. 

Los investigadores diseñaron dos series de experimentos utilizando un simulador denominado Cámara de análisis y entorno planetario (PEACh) , creando una atmósfera similar a la de Marte con condiciones similares de presión y temperatura. 

Imagen de primer plano de una tormenta de polvo en Marte adquirida por el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA en noviembre de 2007. (Foto: NASA)

En la atmósfera de baja densidad similar a la de Marte, que tiene menos del uno por ciento de la presión atmosférica de la Tierra, es menos probable que las partículas cargadas se acumulen a una distancia para formar el espectacular arco de rayos. En cambio, los eventos de viento que transportan arena y polvo son más propensos a desarrollar campos eléctricos cercanos a la superficie que dan como resultado la descarga oscura de Townsend, un efecto que no es visible, o una descarga de brillo normal, que aparece, como suena, como un brillo tenue. 

"Si se tomó una foto en la noche sin luz solar, la descarga normal del resplandor debería verse en forma de luz débil y puede durar más que un rayo", dijo Alian Wang. "En realidad, le sugerí a un científico atmosférico que está trabajando en el rover Curiosity que diseñen una secuencia de fotos por la noche para atrapar a los demonios del polvo". 

En la cámara de Marte, en el laboratorio, el equipo de investigación observó la generación instantánea de radicales libres, moléculas con electrones no reactivos altamente reactivos, en la descarga de luz normal, detectada por espectroscopia de emisión de plasma in situ. También midieron la transición de cloruro a clorato, y luego a perclorato a través de la interacción con los radicales libres, utilizando la espectroscopia láser Raman. 

Enmascarando los signos de la vida 

En promedio, las tormentas de polvo globales en Marte ocurren una vez cada dos años marcianos , mientras que las tormentas de polvo regionales y locales ocurren cada año. 

Wang y su equipo confían en que sus resultados pueden ampliarse a las condiciones generales de Marte y pueden ayudar a los investigadores a comprender las grandes concentraciones de estos químicos en los suelos marcianos. 

Un autorretrato del rover Curiosity de la NASA tomado en Sol 2082 (15 de junio de 2018). Una tormenta de polvo marciana ha reducido la luz solar y la visibilidad en la ubicación del rover en el cráter Gale. (Foto: NASA)

Lo que es más, sugiere Wang, los cloratos producidos en grandes cantidades durante los eventos de polvo podrían actuar como eliminadores, reaccionar con otros químicos de la superficie de tal manera que "limpian" las biosignaturas de los microbios activos, enmascarando o borrando la evidencia de vida en Marte. 

“Este estudio abre una puerta. "Demuestra el fuerte poder de oxidación de los electrones en el proceso de descarga electrostática generado por eventos de polvo", dijo. "Sugiere que la descarga electrostática en los eventos de polvo marciano puede afectar a muchos otros procesos redox en la atmósfera de Marte y en la superficie y subsuelo de Marte, como los sistemas de hierro y azufre". 

Leer más en la revista Earth and Planetary Science Letters: “ Formando percloratos en Marte a través de la química del plasma durante los eventos de polvo ”. Disponible en línea el 15 de octubre de 2018. 

Los fondos para este estudio fueron proporcionados por la NASA y el Centro McDonnell para las Ciencias del Espacio en la Universidad de Washington. Fuente: Washington University in St. Louis

Fuente: Universidad de Washington en St. Louis