¿Descubrir el depósito de hielo en Utopia Planitia mejorará el clima en Marte?

En 2016 , el instrumento SHARAD a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter encontró un gran depósito de hielo dentro de la región de Utopia Planitia en Marte.
El espesor del depósito oscila entre unos 80 metros y unos 170 metros con una composición de 50 a 85 por ciento de hielo de agua, mezclado con polvo o partículas rocosas.
Está protegido de la atmósfera por una capa de suelo que se estima tiene entre 1 y 10 metros de espesor.

El volumen del hielo en el depósito se estima en unos 14.300 km cúbicos, por lo que la masa será de unos 14 teratoneladas, siendo la masa de la atmósfera de Marte de 25 teratoneladas.

Ahora bien, si las excavadoras pudieran quitar la cubierta del suelo en verano, durante el día el hielo se sublimaría en la atmósfera y los vientos esparcirían el vapor de agua.
Por supuesto, por la noche el vapor se depositaría en la superficie nuevamente, y cuando todo el hielo del depósito se esparciera uniformemente de esta manera por todo el planeta, su espesor sería de unos 10 cm.
Sin embargo, en la práctica, es probable que los diversos vientos acumulen hielo en ciertos lugares.
Debido a que en cualquier momento solo una pequeña parte de la superficie de Marte será calentada por el Sol lo suficiente como para sublimar el hielo depositado, la presión global de la atmósfera no aumentaría mucho.

Pero, ¿no se formarán áreas de alta presión durante el día en lugares donde el hielo se ha sublimado y no podría localmente, aunque solo sea por unas pocas horas, aumentar significativamente la presión por el vapor de agua?

Si es así, las regiones bajas de Hellas Planitia podrían tener agua líquida transitoria en la superficie y eso tendría una retroalimentación positiva sobre el clima en esa región.

¿De qué sirve duplicar una presión atmosférica muy pequeña en Marte? Es muy pequeño antes de duplicarse, pero también es muy pequeño después de duplicarse.
¿Por qué se editó esto para que ya no sea una pregunta? Este es un sitio de preguntas y respuestas.
@ErinAnne Para ser honesto, en ese momento pensé que la pregunta ya no era útil. En este momento, creo que todavía es importante para mí si pido preguntas más específicas. .Así que vuelvo a hacer la pregunta principal, aunque preferiría haberla cambiado, para ser más específicos.
@Uwe Pero si la presión se duplica en Marte, se pueden formar lagos en Hellas Planitia.

Respuestas (3)

Bueno, veamos cómo podemos tratar de calcular eso. En primer lugar, debemos averiguar cuál es la masa de la columna de aire en Marte y luego averiguar cuánta masa le agregará la sublimación del hielo y cuál será el efecto sobre la presión atmosférica. Además, necesitaremos estudiar un poco el diagrama de fases del agua .

Pero comenzaremos evaluando la posibilidad de sublimar todo este hielo.

¿Podemos incluso sublimar todo este hielo?

En cualquier momento, Marte recibe entre 492 W/m² y 715 W/m² de radiación solar (en el espacio, antes de ser filtrada por su atmósfera).

Esta energía recibida es absorbida en parte por la atmósfera, otra parte mayor por el suelo y la última parte es enviada de vuelta al espacio ( el albedo de Marte Bond es 0,25 ). Esto significa que por cada hora, en un metro cuadrado, la energía recibida del Sol (si la atmósfera no absorbiera energía) es como máximo de 1.931MJ (en verano, en la latitud más favorable).

Para sublimar el hielo, es necesario agregar 2 590 600J por kilogramo de hielo. Entonces, cada hora, vaporizarías 745 gramos. Nuestra capa de hielo de 10 cm pesa 100 kg, por lo que para sublimarla por completo se necesitarían alrededor de 135 horas, que es mucho más que 24h39m (la duración de un sol marciano). Y cualquier cosa que sublimarías durante el día simplemente se transformaría de nuevo en hielo durante la noche.

Por lo tanto, es imposible sublimar todo este hielo.

Pero bueno, veamos si puede tener un impacto en la presión atmosférica de todos modos.

Entonces, ¡comencemos por estudiar el diagrama de fase del agua!

Diagrama de fase de agua

Lo que es importante tener en cuenta aquí es la ubicación del punto triple Sólido/Líquido/Vapor . Está fijado en 273.16K y 611.657Pa .

Además, muy importante, si queremos agua líquida, tendremos que estar a una temperatura superior a los 273,16K, casi independientemente de la presión atmosférica. (La temperatura más baja a la que podemos tener agua líquida es 251.165K y 209.9MPa).

Con respecto a lo que acabamos de aprender, es poco probable que una gran variación en la presión atmosférica provoque un cambio climático con un impacto positivo en la disponibilidad de agua líquida.

Lo que más importaría sería un cambio de temperatura.

Mientras tanto, echemos un vistazo rápido al clima de Marte .

Podemos ver que en verano, la temperatura supera regularmente los 0°C con máximas de 30°C registradas. Sin embargo, dado que la atmósfera es tan delgada, hay muy poca amortiguación, por lo que la variación día/noche es bastante alta, en el rango de 100 K (es decir, -80 °C por la noche y 20 °C durante el día).

Si quieres, puedes dejar de leer ahí: la variación día/noche es demasiado alta para mantener el agua líquida durante la noche marciana. Así que sí, probablemente haya algo de agua en estado líquido durante algunos días alrededor del ecuador, sin embargo, no fluye lo suficiente como para tener un impacto medible en el clima.

Ahora, veamos cuánta presión agregará el hielo sublimado al aire.

Pequeño recordatorio, la presión atmosférica promedio es básicamente el peso de la columna de aire (aire marciano en toda esta respuesta) sobre la superficie.

La presión atmosférica promedio en Marte es de 600 pascales, pero aumenta a 1155 pascales en la parte inferior de Hellas Planitia. 1155 pascales son 1155 N/m², lo que significa que el peso total de la columna de aire sobre un metro cuadrado en Hellas Planitia es 1155N.

Curiosamente, esto está por encima del punto triple del agua. Esto significa que ya podría haber agua líquida en algunos lugares de Marte sin necesidad de sublimar el hielo subterráneo.

Siendo la gravedad de la superficie de Marte de 3,711 m/s², la masa de esta columna de aire es entonces de 311,24 kg.

Digamos que el hielo se distribuye uniformemente sobre Marte hasta formar una capa de hielo de 10 cm. Esto sería 100 kg de hielo en este metro cuadrado. Si está totalmente sublimada, esta capa estaría en la atmósfera, por lo que la masa de la columna de aire será de 411,24 kg, que en Marte tiene un peso de 1526 N, por lo que una presión de 1526 pascales en el suelo en el fondo de Hella. Planitia (una adición de 371 Pa, o una presión atmosférica promedio general de 971 Pa).

El problema que tenemos es que el rango de temperatura en el que el agua se mantiene líquida a esta presión es bastante bajo, alrededor de 0-10°C.

Entonces, en promedio sobre Marte, la sublimación de todo el hielo no conduciría a un cambio muy significativo en la presión atmosférica con respecto a la formación de agua.

Gracias por su respuesta. Me he atrevido a editar tu respuesta. He agregado que la presión de 1526 pascales estará en Hellas Planitia. Agregar la presión de 371 pascales al promedio en Marte dará como resultado 971 pascales. ¿No es un cambio significativo en la presión? ¿¡Y por qué concentrar todo el hielo dentro del cráter Hellas si la presión que mencionas no puede durar mucho!? Espero con ansias su 'lo echaré un vistazo después'.
Este es un cambio significativo, sin embargo, no lo suficientemente significativo como para tener un cambio significativo en la capacidad del agua para permanecer líquida y no sublimar de inmediato (la presión tendría que ser mucho más alta). Sin embargo, todo esto no importa, ya que de todos modos no hay suficiente energía para sublimar todo este hielo.
Además, concentrar todo el hielo era solo un ejercicio para ver a qué tipo de presión podíamos llegar localmente. Todavía no es suficiente para mantener el flujo de agua por mucho tiempo.
Un punto de inflexión muy claro en el que la mayor parte del hielo no se derretirá. Así que descubrir el depósito empeorará aún más el clima. Muchos gracias !
Tal vez podríamos tratar de averiguar qué sucedería si forzamos el derretimiento del hielo (como si usáramos enormes reactores nucleares para forzar el calor en él para derretirlo), pero en ese punto, el esfuerzo de terraformación será tan grande que en en cualquier caso, podría usar ese poder para calentar también la atmósfera (una vez que haya derretido el hielo).

La respuesta anterior de @Gromain establece que durante el día marciano se podría sublimar un máximo de una capa de hielo del depósito de 0,7 mm de espesor en una hora.
Dado que parte del año marciano, la temperatura en el depósito de hielo será demasiado baja para la sublimación, y estimando una evaporación de hielo de 2 mm en los días de verano, eso podría resultar en una capa de 20 m de espesor evaporándose dentro de 100 años terrestres.

Pero la pregunta principal es: ¿Qué pasará con la atmósfera de Marte?

En el depósito de hielo, el vapor de agua será esparcido por los vientos y se depositará tan pronto como la temperatura descienda por debajo de cero. De esta manera, más y más vapor de agua del depósito de hielo se acumulará gradualmente en lugares donde el hielo apenas se sublima, como en los polos.

¡Así es posible sublimar todo este hielo!

Conclusión: todo el depósito podría sublimarse dentro de 1000 años, ¡pero el clima de Marte apenas cambiaría!

Marte no tiene un campo magnético que lo rodee. Tuvo uno hace mucho tiempo, pero lo ha perdido. Entonces, la atmósfera de Marte está sujeta a los fuertes vientos solares del Sol. Los vientos solares, a lo largo del tiempo, han despojado la atmósfera de Marte, razón por la cual hoy tiene una atmósfera muy delgada.

Entonces, si todo ese vapor de agua se liberara en la atmósfera de Marte, podría cambiar el clima temporalmente, porque haría el trabajo de un gas de efecto invernadero. Pero también sería arrastrado al espacio exterior por los vientos solares. De hecho, Marte pierde alrededor de 100 gramos de su atmósfera cada segundo por la misma razón.

Además, Marte tiene una gravedad mucho más débil que la Tierra, por lo que es posible que no pueda retener el vapor de agua por mucho tiempo.

árbitro:

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/03/03/nasa-discovers-how-mars-lost-its-atmosphere/#27566b7e326a

atmósfera : https://www.space.com/36277-mars-thick-atmosphere-lost-in-space.html

Actualizado con algunas referencias.
@UrvishRamaiya Sí, es una lástima que se esté perdiendo gran parte de la atmósfera. Pero si lo calculé bien, 100 gramos por segundo corresponden a unas 3300 toneladas al año. Eso es mucho, pero comparado con los 14 teratoneladas del depósito, ¡no significa tanto!
-1 para reemplazar "la falta de magnetosfera permite la extracción atmosférica en escalas de tiempo geológicas" con un implícito "... en escalas de tiempo humanas".
100 gramos cada segundo son 3155,78 toneladas al año de 365,25 días.
Sí, puede que no sea tanto en comparación, pero creo que no podremos derretir todo ese hielo de una vez. Entonces, cualquier cosa que hagamos derretir, efectivamente se perderá en cuestión de unas décadas. Entonces, podemos ser capaces de crear una atmósfera temporal, pero solo para el futuro a corto plazo.
@UrvishRamaiya ¡Solo tenemos que quitar la cubierta de tierra y dejar que el sol haga el trabajo! Sí, se necesitarán años y años para eliminar cientos de kilómetros cúbicos de suelo. Pero si solo se pudiera sublimar el uno por ciento del depósito, serían 140 000 000 000 toneladas en comparación con la pérdida de 3156 toneladas al año. ¡De esta manera, su 'futuro a corto plazo' será de al menos un millón de años!
Cuando dice "futuro a corto plazo", ¿cuáles son los plazos de los que estamos hablando aquí? ¿Años? ¿Miles de años? ¿Millones de años? (sí, millones de años pueden ser "corto plazo" cuando se habla de astrofísica)
@Philipp Como ya dijo Nathan Tuggy, se trata de escalas de tiempo humanas, no de escalas de tiempo geológicas o astrofísicas.
¿y si ayudamos al proceso de alguna manera? terraformación #101 - "derrite cosas para 1.000 años de atmósfera".
Se podría ayudar a @CptEric si de alguna manera lográramos crear una magnetosfera artificial para el planeta. Eso evitaría que la atmósfera fuera despojada.
idea tonta: ¿no podemos "volver a encender el motor"? ¿Estilo 'el núcleo'? ¿O arrojar meteoritos a Marte con un AoT muy pequeño hasta que gire un poco?
para que conste, creo que necesitaríamos alrededor de 83328 kj/s de energía para evaporar suficiente agua para sostener al menos 200 gr/s de generación de vapor. un hervidor de agua genérico genera 32000kj/h. No parece inviable crear un dispositivo de fusión muy rápido, pero no lo sé.
@CptEric ¿Estás hablando de crear una magnetosfera o de evaporar el depósito de hielo?
@CptEric ¿Y qué quiere decir con terraformación # 101? ¿Puedes ser más explícito con los "forasteros"?
@CptEric Creo que es una gran idea. Vapor para licuar el depósito de hielo. Sun Heat Concentrator hará el trabajo.
¿Descubrir el depósito de hielo en Utopia Planitia mejorará el clima en Marte?
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