Encélado y la enorme diversidad de sus granos de hielo

Uno de los grandes objetivos de las geociencias es el poder conocer un poco mejor los océanos que se encuentran por debajo de la corteza de los mundos helados de nuestro Sistema Solar… como por ejemplo los presentes en Europa, Encélado o Tritón, por poner unos pocos. Pero hacerlo es realmente complicado, ya que no tenemos manera de bajar hasta ellos, al menos con la tecnología de la que disponemos actualmente, ni quizás en un futuro cercano.

Pero en ocasiones disponemos, en el sentido metafórico, de algunas ventanas que nos pueden dar pistas a través de datos indirectos. En el caso de Encélado, a pesar de no tener una misión dedicada a ello —ni desde la órbita—, hemos tenido la posibilidad de «saborear» —si me permiten el símil— algunos detalles del océano gracias a la misión Cassini, tristemente concluida hace casi una década.

Antes de continuar con el artículo que comentaremos hoy, hablemos un poco de este mundo. Encélado es un satélite de Saturno de poco más de 500 kilómetros de diámetro, pero, a pesar de eso, es capaz de albergar un océano subterráneo bajo una potente corteza de hielo y por encima de un núcleo rocoso. Cerca de su polo sur existe un gran sistema de fracturas conocidas como las «rayas de tigre» por su parecido con la piel del félido, a partir de las cuales nacen unos géiseres de los que emanan diversos gases, pero también partículas de hielo.

Una de las cosas más sorprendentes para los científicos es cómo un cuerpo tan pequeño es capaz de albergar una actividad geológica tan evidente y manifiesta cuando debería haberse enfriado hace mucho. Pero el efecto de las mareas que ejerce Saturno sobre el núcleo rocoso es suficiente para calentar su interior, permitiendo que parte del hielo siga fundido y dando lugar con ello a un océano cautivo.

Estudios anteriores sugieren la existencia de fenómenos hidrotermales en la interfaz entre el océano y el núcleo, donde el agua caliente circula por la roca a través de sistemas de fracturas, intercambiando en estos procesos diferentes compuestos químicos con el océano, al igual que ocurre en la Tierra, y haciendo de este océano —probablemente— un lugar más habitable.

Pero volvamos por un momento a los géiseres, cuyas partículas salen disparadas al espacio. Imaginemos que pudiésemos aprovecharlos para conocer algo más del océano a través de esos pequeños cristales de hielo que emergen no sin antes haber superado un tortuoso camino desde las profundidades hasta la superficie… ¿Acaso no sería maravilloso?

Es aquí donde entra un nuevo estudio publicado en Science Advances por Postberg et al. (2026), en el que se plantea cómo se forman estas partículas de hielo que, por cierto, tienen distintas composiciones químicas. En concreto, estos investigadores proponen que las gotitas de agua procedentes del océano —al menos las más grandes— se congelan de manera gradual, separando sus sales en depósitos diferentes, antes de que las colisiones que sufren los granos de hielo dentro de los sistemas de fracturas en su ascenso las transformen en trocitos mucho más pequeños que acaban saliendo al espacio.

Para poder llegar a esta conclusión, los autores han usado los datos del Analizador de Polvo Cósmico —o CDA, por sus siglas en inglés—, un instrumento que viajaba a bordo de la Cassini y que era capaz de registrar la composición química de las partículas que lo golpeaban. A pesar de que la misión acabó en 2017, los datos siguen siendo analizados e interpretados a día de hoy. Para este estudio en concreto, los científicos analizaron 961 granos ricos en sales con un tamaño que oscilaba entre 0,4 y 4 micras y que procedían del anillo E de Saturno, formado por las partículas expulsadas por los géiseres de Encélado.

Lo primero que les llamó la atención fue su composición química. Algunos granos contenían cloruro sódico, el compuesto que forma la sal común en la Tierra, y la que usamos habitualmente para cocinar. Otros, en cambio, contenían carbonatos de sodio e incluso fosfatos. Un grupo más pequeño de estos granos de hielo contenía mucho potasio.

Rara vez los cloruros y los carbonatos aparecían juntos en el mismo grano de hielo, y solo 12 de los 858 granos del grupo de los que contenían sodio incluían ambos compuestos. Los nueve granos de fosfato no contenían ni cloruros ni carbonatos… como si las partículas llevasen por separado los distintos ingredientes de una disolución.

¿Por qué estos compuestos estarían tan mal distribuidos —o de una manera poco homogénea— dentro del océano? Los investigadores sugieren que es poco probable que existan zonas dentro del mismo océano que tengan una composición totalmente diferente. Por eso, para responder a la diversidad composicional de los granos de hielo, se han centrado en un proceso que ocurre en los océanos de nuestro planeta cuando estos se congelan.

Lo que podría estar ocurriendo es que conforme comienzan a crecer los cristales de hielo, estos no dejan pasar a la fase de hielo una gran parte de las sales disueltas, dejando el líquido que queda sin congelar más concentrado en sales. Esto es un fenómeno conocido como «expulsión de salmuera», y lo que hace es cambiar la composición del agua conforme esta se va congelando y formando el hielo, un fenómeno similar al que ocurre también en la formación de las rocas ígneas. Es decir, que la sal se concentra principalmente en el agua líquida si lo comparamos con el hielo que se está formando.

Para comprobar que estaban en lo cierto, los investigadores prepararon en el laboratorio gotas de agua con sales de una composición similar a la que pensamos que tiene el océano de Encélado. Congelaron gotas de distintos tamaños a distintas velocidades. Una vez hecho esto, retiraron el hielo y observaron los elementos que quedaban en los depósitos de sal formados dentro de este.

Las gotas de agua más grandes se congelaban lentamente y mostraban parches de composición química diferenciados dentro del mismo grano de hielo. La congelación rápida produjo, en cambio, mezclas más homogéneas, mientras que las gotas pequeñas mostraban un patrón químico con separaciones más débiles entre los distintos compuestos… tanto el tamaño de la gota como la velocidad de enfriamiento parecían ser variables importantes a la hora de explicar cómo aparecen los distintos compuestos dentro de los granos de hielo.

Los experimentos fueron capaces de producir una fuerte separación de los distintos compuestos en las gotas del tamaño de varios cientos de micras y con una velocidad de congelación en torno a los 20 °C por minuto. Las gotas de este tamaño serían suficientes para producir la segregación química que se había observado con el instrumento CDA, a pesar de que los granos estudiados eran mucho más pequeños, lo que abría otro interrogante que resolveremos más adelante. Una congelación «lenta» da tiempo a las sales a formar depósitos de distinta composición separados dentro del propio hielo.

Los cálculos realizados por los científicos dan una explicación mineralógica a lo que se ha observado en la formación del hielo… sí, el hielo también es un mineral. En el modelo de la disolución, los fosfatos cristalizan primero, a una temperatura aproximada de −1 °C. A estos les siguen los carbonatos, mientras que los cloruros de sodio y potasio precipitan a una temperatura mucho menor, en torno a los −23 °C. La secuencia muestra cómo depósitos de sales diferentes pueden formarse en momentos y lugares diferentes dentro de una gota de agua que comienza a congelarse.

Pero a esta historia le falta una parte: la de cómo llegan estas sales al mundo exterior y cómo reducen su tamaño. El viaje comienza con el estallido de burbujas en la superficie del agua en el interior de los sistemas de fracturas de Encélado. La menor gravedad del satélite favorece la formación de gotas y burbujas más grandes que en la Tierra, lo que concuerda con los mayores tamaños de granos de hielo necesarios para que se pueda dar la separación de las sales. A continuación, el gas que asciende por las fracturas podría transportar estas gotas a través de ellas, como si fueran unas enormes tuberías.

La primera parte de este viaje tiene que ser lenta y gradual. Si las gotas de agua se congelasen muy rápidamente, las sales no se separarían entre sí dentro de los granos de hielo. Los autores del estudio proponen que las gotas ascienden gracias al gas y se mueven a través de las fracturas, pero la temperatura va descendiendo paulatinamente conforme avanzan, no de una manera brusca.

La evaporación también ajusta la temperatura de las gotas a la de la zona que las rodea, permitiendo una congelación más progresiva durante el ascenso. Así que, de algún modo, la química de las partículas puede ofrecernos pistas sobre la temperatura y el flujo dentro de estos sistemas de fracturas que hoy por hoy son inaccesibles.

En cambio, en las zonas más altas de la corteza, el viaje se vuelve más rápido y violento. El gas se acelera y lleva las gotas congeladas a través de canales irregulares y, probablemente, cada vez más tortuosos. Las colisiones de las gotas con las paredes, a velocidades que pueden superar varios cientos de metros por segundo, las acaban por romper, y esto explicaría por qué los pequeños granos —que serían como astillas de los granos de hielo más grandes— contienen distintas sales, lo que daría cuenta de su diversidad.

Obviamente, este modelo es solo una de las posibilidades para explicar estas diferencias composicionales en los distintos granos de hielo, ya que los experimentos se han realizado en nuestro planeta, bajo unas condiciones concretas y con la gravedad terrestre, pero es muy útil como una primera aproximación a un fenómeno que probablemente sea mucho más complejo.

Desde el punto de vista de la geología, es muy interesante porque nos podría dar pistas ya no solo en Encélado, sino en Europa —si finalmente existen los géiseres— o en Tritón, de las condiciones que encuentran estas partículas durante su ascenso, aportándonos una ventana de observación sobre cuál es el estado de la corteza pero también sobre la química del océano, permitiéndonos incluso apuntar hacia la vertiente astrobiológica de habitabilidad de estos océanos.

Muchos años después —las partículas del estudio fueron muestreadas entre 2004 y 2008— de que la Cassini tomase toda esta información, sus datos siguen desvelándonos secretos del sistema de Saturno… ¿Qué más sorpresas nos estarán esperando en los archivos de esta misión?

Referencias:

Postberg, F., Zou, Z., Sekine, Y., Koga, M., Schmidt, J., Fox-Powell, M., Klenner, F., Hillier, J. K., Khawaja, N., Kadono, T., Çakar, M., Kempf, S., & Srama, R. (2026) Cassini CDA observes compositional segregation of Enceladus’ ice grains from slow freezing and fragmentation of oceanic spray Science Advances doi: 10.1126/sciadv.aee7256

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