De casquetes polares y hielo de dióxido de carbono

Planeta B

Una de las cosas que quizás más sorprenden de Marte, cuando lo vemos a través de un potente telescopio o en las imágenes que nos llegan de las misiones espaciales, es la presencia de sus casquetes polares, que destacan por su color blanco, a veces inmaculado, en contraste con el color rojo de su superficie.

Nos es más llamativo todavía porque los vemos crecer y menguar con las estaciones, al igual que en nuestro planeta, aunque con un ciclo prácticamente restringido a la sublimación y a la formación de los hielos por condensación desde la atmósfera debido a las bajas temperaturas y ligera presión atmosférica.

Desde el punto de vista de la geología, el hielo es un importante agente de modelado y transporte, ya que los hielos son capaces de viajar cientos e incluso miles de kilómetros, erosionando la superficie y encajándose, formando grandes valles.

Además, las acumulaciones de hielo pueden ser estudiadas como los estratos de la roca, lo que nos aporta una valiosa información sobre el clima de un planeta a lo largo del tiempo, estudiando las burbujas de aire atrapadas y las capas de polvo, que, si me permiten la metáfora, se alternan como una inmensa tarta de chocolate y galleta.

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Un escarpe en el casquete del polo norte de Marte. Se pueden apreciar algunas de sus capas, especialmente donde se encuentran intercaladas por otras de polvo. Imagen cortesía de NASA/JPL-Caltech/UArizona.

Pero, además, se da la casualidad de que precisamente el hielo, junto con el viento, es uno de los agentes de modelado del relieve más activos en el planeta Marte en la actualidad, por lo que conocer la dinámica glacial del planeta es un asunto de gran interés para geólogos y climatólogos. Aunque eso sí, hoy nos centraremos solo en los casquetes de hielo, en otra ocasión hablaremos sobre los cinturones glaciales que hay en latitudes más bajas.

Hace varias décadas los científicos pensaban que estos casquetes polares estaban formados principalmente por hielo de dióxido de carbono, mientras que ahora sabemos que, probablemente, al menos en el polo sur, esa cifra esté más cerca del 1%, y que el resto sea hielo de agua, de tal manera que si se fundiese todo este hielo una importante parte de la superficie de Marte quedaría sumergida bajo las aguas.

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Casquete polar sur del planeta Marte. Se aprecia perfectamente el color blanco del hielo, así como zonas más rojizas cubiertas por el polvo. Cortesía de ESA/DLR/FU Berlin / Bill Dunford.

A pesar de ese porcentaje tan bajo de dióxido de carbono, el volumen total de hielo de dióxido de carbono que alberga el casquete del polo sur es de unos 16000 kilómetros cúbicos, suficiente como para llenar el lago Superior, el lago más grande de los Grandes Lagos de Norteamérica -valga la redundancia-, de este hielo, y que en algunos lugares llega a formar capas de más de un kilómetro de potencia o espesor, mientras que el casquete en su conjunto tiene un espesor total de unos cuatro kilómetros.

Y bueno, ¿cómo conocemos estos datos? En las últimas dos décadas hemos podido hacer perfiles de la estructura de los polos marcianos gracias a dos instrumentos conocidos como MARSIS, que viaja en la sonda europea Mars Express, y SHARAD que equipa a la misión Mars Reconnaissance Orbiter, que no son más que dos radares que nos permiten «ver» con sus ondas hasta cierta profundidad, ayudándonos a estudiar las capas más someras del subsuelo marciano y cuáles son las relaciones entre estas.

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Perfil de radar tomado por el instrumento SHARAD, que se encuentra a bordo de la Mars Reconnaissance Orbiter. Se aprecian perfectamente las acumulaciones de hielos de dióxido de carbono ocupando depresiones que favorecen su depósito. Imagen cortesía de NASA/JPL-Caltech/Sapienza University of Rome/Southwest Research Institute.

Pero el poder ver la estructura interna de las capas de hielo nos solo no resolvió nuestras dudas, sino que nos hizo enfrentarnos a nuevas preguntas… y es que la condensación de dióxido de carbono atmosférico que da lugar a los hielos que se acumulan en los polos va depositando capas muy finas, algo parecido a nuestras escarchas invernales, relacionada además con los ciclos climáticos de Marte, que dependen en gran medida de la inclinación de su eje con respecto al Sol: cuanto menos esté inclinado, menor insolación llegará a los polos y, por lo tanto, el clima será lo suficientemente frío como para favorecer las acumulaciones de dióxido de carbono.

Aun así, en primavera y verano el aumento de las temperaturas podría provocar la sublimación de las capas de hielo más superficiales, haciendo que la acumulación de este hielo de dióxido de carbono fuese muy lenta incluso en largos periodos de tiempo. Entonces, ¿qué provoca esos grandes espesores que vemos en las capas de hielo de dióxido de carbono y la forma de las acumulaciones? Un estudio publicado el pasado mes de abril intenta resolver estas cuestiones aplicando nuestro conocimiento de los glaciares en la Tierra, adaptando los modelos que usamos hoy día para estudiar el movimiento glacial y adaptándolo a las observaciones realizadas en Marte y a sus condiciones de gravedad, tipos de hielo y clima.

Los resultados indican que los depósitos de hielo de dióxido de carbono se habrían formado por la existencia de glaciares de este compuesto, capaces de moverse por la superficie a una velocidad de unas cien veces superior a la que lo hace el hielo de agua en el planeta Marte.

Erosión provocada por la sublimación del hielo de dióxido de carbono en el casquete polar del hemisferio sur de Marte. Imagen cortesía de NASA/JPL-Caltech/UArizona.

Esto permite al hielo de dióxido de carbono avanzar y e ir cayendo sobre depresiones donde lentamente va acumulándose y formando estos espesores que observamos, como una enorme pero lenta cascada de hielo, al mismo tiempo evitando que en primavera y verano se sublime la mayor parte.

De hecho, muchas de las morfologías glaciares que vemos en el casquete de hielo del polo sur en realidad están formadas por los hielos de dióxido de carbono, mientras que los hielos de agua prácticamente podríamos decir que se encuentran en una situación estática en comparación con la dinámica de estos hielos.

Es cierto que este tipo de hielo nos puede parecer exótico, pero no podemos olvidar que, además del hielo de agua, en el Sistema Solar hay un tercer tipo, el de nitrógeno, que se descubrió en Plutón. Y es importante que sigamos estudiando los hielos, por su papel en el modelado del paisaje, pero también porque nos cuentan una apasionante historia de ciclos climáticos de otros planetas que quizás en algún futuro seremos capaces de descifrar.

Referencias:

Smith, I. B., Schlegel, N.-J., Larour, E., Isola, I., Buhler, P. B., Putzig, N. E., & Greve, R. (2022). Carbon dioxide ice glaciers at the south pole of Mars. Journal of Geophysical Research: Planets, 127, e2022JE007193. 10.1029/2022JE007193

Sobre el autor: Nahúm Méndez Chazarra es geólogo planetario y divulgador científico.

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