Astronomía

¿Por qué solo los polos de Marte están congelados, a pesar de las temperaturas demasiado frías en latitudes más bajas?

¿Por qué solo los polos de Marte están congelados, a pesar de las temperaturas demasiado frías en latitudes más bajas?


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En realidad, todo el planeta rojo es muy frío, lo suficientemente frío como para que se forme hielo y escarcha no solo en los polos. La temperatura sube por encima de 0 grados Celsius solo en verano. Entonces, ¿por qué solo los polos están congelados y no las latitudes más bajas durante la mayor parte del año marciano? ¿Es porque la mayoría de estas áreas quizás no están dentro del punto triple del agua, a diferencia de los polos?

Preguntas relacionadas sobre StackExchange


Al igual que una noche fría de invierno en la Tierra no garantiza la nieve, un Marte frío no garantiza el hielo en todas partes.

Para que se forme hielo o nieve, la humedad que luego se solidifica debe estar disponible en el lugar frío. La humedad en este caso es $ CO_2 $ con trazas de agua, lo que lleva a una capa de hielo hecha de $ CO_2 $-hielo, con un anillo de $ H_2O $-Hielo 'arrastrando' alrededor de su radio exterior.

De hecho, la atmósfera es lo suficientemente fría y densa para $ CO_2 $ solidificarse en los polos, por lo que no hay misterio allí. De lo contrario, toda la atmósfera se condensaría en una fina capa de $ CO_2 $-hielo. Para comprender la formación del $ H_2O $ hielo, tenemos que tener en cuenta cómo se transporta el agua dentro de la atmósfera marciana.

Marte posee solo una celda de circulación global (ver modelos tempranos sobre esto por Haberle et al., (1993), y una revisión reciente sobre el clima marciano para el lector interesado por Read et al., (2015)).

((Figura de Haberle et al., (2015))

La razón de la celda única es una combinación del pequeño tamaño y el período de rotación de Marte, como se describe en esta respuesta. El efecto de la celda única es que la humedad condensable solo se transporta esencialmente de polo a polo directamente, con solo pequeñas variaciones de ~ 10-15 grados de latitud durante el año marciano.

Por lo tanto, ningún otro lugar en Marte que los polos puede acumular una presión de vapor lo suficientemente significativa como para formar hielo.


¿Por qué hace calor en el ecuador pero frío en los polos?

La diferencia de temperatura del polo al ecuador depende de la energía del Sol y de la energía retenida en los sistemas de la Tierra. Ha habido momentos en que la Tierra no tenía casquetes polares o desiertos y ha habido momentos en que el hielo enterró gran parte de la superficie de la Tierra.

Incluso los pequeños cambios en el equilibrio energético de la Tierra afectan la temperatura en el ecuador, los polos y todos los lugares intermedios.


Los científicos descubren evidencia de recientes flujos de agua en Marte

Crédito: Frances Butcher de la NASA, JPL-Caltech, MSSS

Un equipo de científicos dirigido por The Open University ha descubierto evidencia de agua de deshielo glacial reciente en Marte, a pesar de la opinión generalizada de que el clima reciente era demasiado frío para que el hielo se derrita.

Los científicos planetarios de la OU, en colaboración con el University College Dublin, la Universidad de Cambridge y la Universidad de Nantes (CNRS), han descubierto un raro 'esker' en Marte: una cresta de sedimentos depositados por el agua de deshielo que fluye debajo de un glaciar en el relativamente pasado reciente (hace unos 110 millones de años), a pesar de los climas fríos. La investigación ha sido publicada en el Revista de investigación geofísica: Planetas.

La autora principal de la investigación, la investigadora doctora en ciencia planetaria, Frances Butcher, explica la importancia de este descubrimiento.

¿Cómo son los glaciares en Marte y dónde están?

"Al igual que en la Tierra, los polos de Marte están cubiertos de grandes casquetes de hielo sólidos, y el ecuador no tiene hielo en la superficie. Las regiones entre el ecuador y los polos tienen miles de glaciares de hielo de agua que son similares a los que se encuentran en las regiones montañosas de la Tierra. Estos glaciares de 'latitud media' son el foco de nuestro estudio y se cree que están cubiertos por una capa de escombros, quizás de solo unos metros de espesor ".

¿Qué han pensado los científicos en el pasado?

"Se cree ampliamente que los glaciares en las latitudes medias de Marte siempre han sido demasiado fríos para producir agua de deshielo. Esto se debe a que las temperaturas medias en Marte son de -55 ° C. Sin embargo, nuestra investigación sugiere que la actividad volcánica subterránea y el calor generado por los movimientos del hielo, puede haber causado en el pasado un derretimiento localizado y raro del hielo debajo de algunos de estos glaciares de latitudes medias ".

"Básicamente, el agua de deshielo que fluye a través de un glaciar forma un túnel a través del hielo, que luego se llena con sedimentos como grava, rocas y arena. Cuando el glaciar retrocede, este sedimento se deja atrás como una cresta, conocida como 'esker' . "

¿Fluye agua líquida en Marte hoy?

"Si bien no hay evidencia de que todavía exista agua líquida bajo estos glaciares en la actualidad, la investigación brinda información importante sobre las condiciones ambientales que podrían haber causado el derretimiento del hielo en la historia geológica reciente de Marte".

¿Qué puede decirnos el esker sobre las condiciones ambientales en Marte en la historia geológica reciente?

"Hasta ahora, solo se había descubierto otro esker emergiendo del frente de un glaciar de latitud media. Ambos eskers se formaron hace entre 110 y 150 millones de años, lo que es muy reciente para los geólogos, y están ubicados en valles profundos de rift, que podrían explica por qué estos glaciares específicos produjeron agua de deshielo a pesar de los climas fríos de Marte. Al igual que en algunos valles de rift en la Tierra, creemos que el calor de la actividad volcánica subterránea calentó los lechos de los glaciares que fluyen dentro de ellos, haciendo que el hielo se derrita ".

¿Por qué es esto importante para los humanos?

"Si los humanos finalmente viajan a Marte, los glaciares de latitudes medias serían una fuente relativamente accesible de hielo que los astronautas podrían procesar en agua. Eskers también podría proporcionar sitios de interés para la exploración científica cerca de estos recursos de hielo".

¿Y la vida en Marte? ¿Podrían estos glaciares de latitudes medias sustentar vida?

"Las condiciones en Marte son extremadamente hostiles para la vida, y actualmente no sabemos si alguna vez existió vida en algún lugar del planeta. Por lo tanto, parece poco probable que los glaciares de latitudes medias alberguen vida, o que alguna vez lo hayan hecho. Sin embargo, en condiciones frías, altas ambientes de radiación en la Tierra, los lechos de los glaciares pueden ser refugios protectores para la vida microbiana.

"Los glaciares de Marte podrían, en efecto, actuar como un enorme escudo, protegiendo el suelo y el hielo en sus lechos de la radiación dañina que bombardea la superficie del planeta. Si surgiera vida en Marte, existe la posibilidad de que los lechos de los glaciares podrían haber proporcionado nichos protegidos para la vida ".


Un buen ejemplo de cómo el polvo afecta el clima de Marte: durante 2007, Marte sufrió una tormenta de polvo titánica que envolvió a todo el planeta. La tormenta de polvo contribuyó a un efecto de calentamiento temporal alrededor de Marte, elevando la temperatura de la atmósfera alrededor de 20-30 ° C. Curiosamente, mientras que la atmósfera del planeta se calienta, la superficie del planeta se enfría porque recibe mucho menos calor solar.

Muchas gracias a Mark Richardson por sus consejos y materiales sobre el clima marciano. Gracias también a Jon por el aviso sobre la última presentación de AGU de Mark Richardson.


Esta es la razón por la que el calentamiento global es responsable de las temperaturas bajo cero en los EE. UU.

En enero de 2014, un vórtice polar desplazado trajo temperaturas extremadamente frías a muchas partes de. [+] Estados Unidos, lo que provocó que el lago Michigan cerca de Chicago se congelara, como se muestra aquí. La ola de frío actual es de naturaleza extremadamente similar y está causando estragos en gran parte de los Estados Unidos continentales en este momento, en 2019.

Edward Stojakovik / flickr

El país se está congelando de una manera sin precedentes, y el culpable es el calentamiento global. ¿Suena loco? La ola de frío que América del Norte está experimentando al este de las montañas rocosas, con temperaturas similares al Ártico, es real, pero es solo una parte de la historia. Al mismo tiempo, se registran temperaturas cálidas récord en otras partes del mundo, desde Australia hasta el Ártico real.

Si bien una pequeña pero ruidosa minoría de personas podría usar la lógica errónea de "hace frío donde estoy, por lo tanto, el calentamiento global no es real", incluso los escolares saben que el clima no es clima. Pero estas olas de frío extremo se han vuelto más severas en los últimos años, debido a una combinación de calentamiento global y un fenómeno del que probablemente hayas oído hablar: el vórtice polar. Aquí está la ciencia de cómo funciona y por qué, paradójicamente, el calentamiento global está jugando un papel importante en las bajas temperaturas récord de hoy.

La diferencia entre un vórtice polar fuerte y estable (L) y uno débil e inestable que puede causar. [+] olas de frío y clima extremadamente frío en las latitudes medias (R), como el evento que estamos experimentando ahora.

Cuando piensas en la Tierra, incluido su tiempo, clima y temperatura, ¿qué imagen te viene a la cabeza?

La mejor forma de visualizar la Tierra es como una esfera que gira sobre su eje, pero con dos efectos adicionales: la atmósfera y los océanos. A medida que la Tierra gira sobre su eje, experimentamos un calentamiento durante el día (bajo la luz solar directa) y un enfriamiento durante la noche (en la oscuridad), ya que la Tierra irradia su calor almacenado hacia las profundidades del espacio. Cuando nuestro hemisferio está inclinado hacia el Sol, experimentamos los meses de verano cuando nuestro hemisferio está inclinado hacia afuera del Sol, experimentamos los meses de invierno.

El océano almacena enormes cantidades de calor, y las corrientes oceánicas transportan ese calor de un lugar a otro. Pero en términos de estos eventos climáticos particulares que estamos experimentando en este momento, la atmósfera es el factor más importante.

Este gráfico muestra la circulación global de la atmósfera terrestre. En esta pantalla se incluyen Hadley. [+] células, células de Ferrell y células polares, junto con las seis zonas diferentes en los hemisferios norte y sur que muestran los vientos dominantes.

Usuario de Wikimedia Commons Kaidor

En cualquier planeta que gire, tendrá un efecto llamado vientos dominantes. A medida que la atmósfera circula por el mundo, el planeta Tierra suele experimentar tres tipos diferentes de vientos, normalmente confinados a tres zonas de latitud diferentes:

  • 0 ° a 30 °: de donde llegan los vientos alisios, que soplan de este a oeste y convergen en el ecuador.
  • 30 ° a 60 °: que nos dan los vientos del oeste, que soplan de oeste a este, y se elevan hacia el círculo ártico (o hacia abajo hacia la Antártida).
  • 60 ° a 90 °: las células polares, que normalmente están confinadas a las regiones de latitudes más altas de la Tierra.

Aunque las bandas de latitud difieren, este fenómeno es común en los planetas que giran más rápidamente con atmósferas, incluidos Venus, Marte, Júpiter y Saturno. La Tierra, sin embargo, es un poco especial.

Las temperaturas del océano son lo suficientemente cálidas en las regiones ecuatoriales, durante las estaciones adecuadas, para formarse. [+] ciclones tropicales, y son lo suficientemente fríos, en las temporadas de invierno, para formar vórtices polares extremos.

Equipo de temperatura de la superficie terrestre de Berkeley (BEST)

Debido a la delgadez de la atmósfera de la Tierra, nuestra importante inclinación axial, el comportamiento de la cobertura de nubes y la reflectividad en los polos, y una serie de otros factores, nuestro planeta tiene una diferencia de temperatura extremadamente grande entre el ecuador y los polos. Esta diferencia de temperatura es más pequeña en el verano, cuando las áreas polares experimentan casi 24 horas de luz solar continua, y más grande en el invierno, donde casi siempre es de noche.

Como resultado de estas severas diferencias de temperatura, existe una zona persistente de baja presión a gran escala que gira en forma de ciclón en cada polo: de oeste a este. (En sentido antihorario en el polo norte, en el sentido de las agujas del reloj en el polo sur). Estas dos zonas se conocen como vórtices polares, y cada una comienza a unas pocas millas en la atmósfera y se extiende hasta la estratosfera.

La interacción entre la atmósfera, las nubes, la humedad, los procesos terrestres y el océano gobierna el. [+] evolución de la temperatura de equilibrio de la Tierra. La estratosfera, en particular, es de tremenda importancia para fenómenos como el vórtice polar del Ártico.

NASA / Smithsonian Air & amp Space Museum

Debajo de ellos, normalmente encontrará una gran masa de aire frío y denso que rodea cada uno de los polos. Normalmente, estos vórtices son lo suficientemente estables, ya que las diferencias de temperatura y presión son lo suficientemente graves como para mantenerlos en su lugar durante todo el año.

Cuando los vórtices son más fuertes, obtienes una sola celda y el aire está extremadamente bien confinado. Cuando los vórtices se debilitan, pueden dividirse en dos o más células y comenzar a migrar lejos de los polos. Cuando son extremadamente débiles, pueden fragmentarse, y parte de ese aire de baja presión y baja temperatura puede comenzar a interactuar con el aire de mayor presión y temperatura del exterior de las regiones polares.

Tierra en 2013 (a la izquierda) con un fuerte vórtice polar bien definido, unicelular, junto con la Tierra en. [+] 2014 (a la derecha) donde el vórtice polar se volvió extremadamente débil y migró sobre las masas de tierra pobladas de las latitudes medias.

Aunque el término ha existido desde la década de 1850, pocas personas oyeron hablar del vórtice polar hasta principios de esta década, cuando se volvió tan débil que migró a los continentes de América del Norte y Eurasia, lo que provocó uno de los climas invernales más fríos que hemos visto en historia reciente.

Cuando el vórtice en el polo norte se vuelve extremadamente débil, las zonas de alta presión que se encuentran en las latitudes medias de la Tierra (donde están los vientos del oeste) pueden empujar hacia los polos, desplazando el aire frío. Esto hace que el vórtice polar se mueva más hacia el sur. Además, la corriente en chorro se dobla y se desvía hacia latitudes más pobladas del sur. A medida que el aire frío y seco de los polos entra en contacto con el aire cálido y húmedo de las latitudes medias, se produce un cambio climático dramático al que convencionalmente nos referimos como una ola de frío.

Cuando el vórtice polar alrededor del Polo Norte se debilita, provoca gran parte del aire frío en las alturas. [+] latitudes para mezclarse con el aire cálido en las latitudes medias. Esto empuja la corriente en chorro hacia el sur, lleva aire frío a áreas muy pobladas y crea las condiciones para una ola de frío.

El clima que estamos experimentando en gran parte del hemisferio norte se debe exactamente a este fenómeno, que está ocurriendo en este momento.

Pero, ¿cómo se puede culpar al calentamiento global?

La respuesta es simple: porque el fenómeno que hace que el vórtice polar se rompa se conoce como calentamiento estratosférico repentino, en el que las capas superiores de la atmósfera aumentan de temperatura en aproximadamente 30 a 50 ° C (54 a 90 ° F) a lo largo del lapso. de solo unos días. El hecho de que haya masas de tierra ubicadas donde están en el hemisferio norte significa que a medida que aumentan las temperaturas de la tierra, transportan su calor a latitudes aún más septentrionales.

El vórtice polar, típicamente, es una región de celda única o celda doble concentrada en latitudes polares. . [+] Sin embargo, los eventos de calentamiento a lo largo de la tierra y en el mar cerca de los polos han cambiado los gradientes de temperatura y presión en los últimos años y están provocando la desestabilización del vórtice polar. Esto resulta en los eventos climáticos extremos que estamos experimentando más recientemente.

Los detalles exactos de cómo funciona esto son complejos, pero la explicación es simple: las temperaturas terrestres más cálidas, particularmente en el norte de América del Norte y el norte de Eurasia, permiten que se transporte más calor a la estratosfera ártica. Una Tierra más cálida hace que los eventos repentinos de calentamiento estratosférico sean más probables y frecuentes. Y esos eventos desestabilizan el vórtice polar, traen aire frío a las latitudes medias y provocan el clima extremo que estamos experimentando en este momento.

El mapa de temperatura de la Tierra el día domingo 27 de enero. Tenga en cuenta cómo el sur, la Antártida. La región [+] tiene su aire frío relativamente confinado, mientras que la región ártica del norte tiene áreas más frías y cálidas en ubicaciones desiguales, quizás inesperadas.

A medida que la Tierra continúe calentándose, habrá una capa de nieve reducida y menos hielo marino en estas regiones críticas, lo que altera los gradientes de presión y temperatura de las regiones en el límite del vórtice polar. En casos extremos, el vórtice polar se debilita o colapsa como resultado. La migración de la corriente en chorro es uno de los primeros signos y se ha convertido en un fenómeno demasiado frecuente en los últimos años.

La enorme ola de frío que experimentamos en 2014 no fue un evento aislado. Aunque para muchos, esa tormenta fue tan memorable que se siente como si fuera ayer, podemos esperar absolutamente que este tipo de eventos climáticos extremos se conviertan en algo común en los próximos años. El clima está cambiando y está afectando nuestro clima de diversas formas en todo el mundo.

En enero de 2014, el término vórtice polar entró en el léxico popular con un resfriado catastrófico. [+] chasquido que afectó a grandes porciones de América del Norte, provocando que enormes porciones de las Cataratas del Niágara se congelaran, entre otras cosas. Podemos esperar que estos eventos sean mucho más frecuentes en el futuro.

Quizás paradójicamente, es un vórtice polar fuerte y extremadamente frío que da como resultado temperaturas cálidas y estables en las latitudes medias más pobladas en invierno. Este es un efecto del cambio climático que ya está aquí y, en el mejor de los casos, llevará siglos revertirlo. Hay temperaturas bajo cero y una ola de frío extraordinaria que afecta a grandes porciones de la masa terrestre en las latitudes medias del hemisferio norte en este momento, pero esto no se sentirá extraordinario por mucho tiempo.

A medida que la Tierra continúe calentándose, los eventos climáticos extremos como este se volverán comunes, y muchos climatólogos predicen un vórtice polar inestable que nos traerá tormentas como esta varias veces por década. Bienvenido a la nueva normalidad, cortesía del calentamiento global, donde el Ártico ni siquiera puede permanecer frío en pleno invierno.


Bombardeo de glaciares en busca de cubitos de hielo

A diferencia de los Groundlings y Old Faithfuls, la mayoría de los Trailblazers no querían aterrizar cerca del ecuador en absoluto. En cambio, esperaban enviar humanos a las latitudes medias más frías donde HiRISE y otros instrumentos habían revelado paisajes moldeados por hielo subterráneo. Aproximadamente la mitad de las ZE del taller y los rsquos se encontraban en latitudes medias altas, particularmente en las tierras bajas del norte, ricas en hielo. "Si quieres una bebida fría en Marte, si quieres una bebida de cualquier tipo, el hielo de los glaciares de latitud media y el hielo subterráneo enterrado es el único depósito probado que existe", dijo Joe Levy a la multitud durante su presentación. Quería enviar astronautas al borde de Hellas Basin, un cráter de impacto gigante en las latitudes medias del sur. Levy, un geólogo de la Universidad de Texas en Austin, había utilizado datos satelitales para contar y estudiar características llamadas delantales de escombros lobulados y que se pensaba que eran glaciares subterráneos y que se veían en las latitudes medias. Al final del proyecto, había contabilizado más de 11.000, la mayoría de ellos probablemente contenían miles de millones de toneladas de agua helada.

En esta imagen de falso color de HiRISE, glaciares enterrados llamados & ldquolobate escombros delantales & rdquo fluyen por las laderas de las mesas en Deuteronilus Mensae, una EZ propuesta en las latitudes medias ricas en hielo del hemisferio norte de Marte. La imagen cubre aproximadamente un kilómetro cuadrado de terreno y captura detalles de hasta 30 centímetros de ancho.
Crédito: NASA / JPL-Caltech / Universidad de Arizona

"Puedes elegir de dónde quieres tus cubitos de hielo y empezar a picar", dijo Levy. O, de manera más provocativa, podría detonar una pequeña bomba en un glaciar para excavar una mina de hielo prácticamente ilimitada. La débil atmósfera marciana podría realizar la mayor parte de la extracción y purificación de forma gratuita, sublimando el hielo expuesto en vapor de agua que podría condensarse y recolectarse utilizando equipos apenas más sofisticados que las lonas. Algunos miembros de la audiencia se encogieron de hombros o movieron la cabeza y mdashLevy se estaba desviando hacia el territorio de & ldquoAll You Gotta Do & rdquo. La minería de los glaciares para obtener agua potable y combustible, continuó Levy, también crearía cuevas de hielo para albergar a las tripulaciones y el equipo, aislándolos de los peligros de los rayos cósmicos y las tormentas de polvo. Levy era un Burrower, un marciano que pensaba que las mejores perspectivas del planeta para la vida existente, humana o no, estaban en el subsuelo. Algún día, los excavadores imaginaron, tal vez mientras inspeccionaban una caverna en busca de un nuevo asentamiento humano, un astronauta podría tropezar con los últimos restos vivos de la antigua biosfera de Marte y rsquos, retorcida por el tiempo y la soledad en una forma unicelular y sombría.

Naturalmente, aquí hay tensión. Debido a que el hielo de Mars & rsquos puede ser tanto un objeto de minucioso estudio como un recurso a granel para ser extraído y mdashan vivió en & mdashan, el astronauta en un hábitat, duchándose inocentemente o bebiendo un vaso de agua podría inadvertidamente arrastrar los avances científicos por el desagüe o exponer a la tripulación a patógenos extraterrestres despertados del congelamiento. hibernación. El árbitro final de adónde fueron los humanos en Marte podría resultar que no tiene nada que ver con los problemas de los cohetes, sino más bien con la gestión de la amenaza de contaminación cruzada de otro mundo y algo que la NASA y otras agencias espaciales llaman `` protección ldquoplanetaria ''. En el taller, un prototipo El astronauta de la NASA elegante y de corte limpio llamado Stan Love optó por un término más coloquial: & ldquocooties. & rdquo

El astronauta de la NASA Stan Love habla en el taller sobre los requisitos de seguridad que deben guiar la selección de un EZ. "A los [astronautas] no les importa la identidad del sitio", dice Love. & ldquoPero nos preocupa profundamente si el sitio nos va a matar y si, habiendo llegado allí, podemos hacer algún trabajo. & rdquo
Crédito: NASA / Bill Ingalls

"Vamos a estar ventilando bacterias y virus todo el tiempo mientras estamos en Marte", dijo Love. & ldquoSi podemos y rsquot lidiar con eso, no deberíamos irnos & hellip. No solo no puede evitar que la gente se filtre a Marte, sino que también puede evitar que Marte regrese al hábitat con usted.

Los marcianos enfrentaron un enigma, dijo Love. Las misiones humanas al planeta se vendieron al público como en busca de vida, no solo como majestuosas formaciones rocosas. La vida "es lo que emociona a la gente" y recuerda, los contribuyentes nos financian, así que tenemos que trabajar en lo que ellos creen que es interesante ", dijo. & ldquoLa misión será menos interesante si vamos a un sitio que sabemos que es biológicamente seguro. Tienes una decisión muy difícil. & Rdquo


Examen 1

En una zona desértica, es un clima mucho más seco, por lo que hay un flujo de calor latente bajo. Dado que hay un albedo alto, se necesita una cantidad baja de calor sensible para calentar la superficie, lo que daría como resultado una proporción de Bowen baja.

Si la temperatura aumenta, puede existir más vapor de agua en el aire, por lo que si la presión de vapor real no cambia, la HR disminuye.

Los núcleos de hielo son las partículas en las que se forman los cristales de hielo a 0 grados C y están hechos de materiales diferentes a los núcleos de condensación.

SALR (la velocidad a la que se enfría el aire saturado) es de 0,5 grados C / 100 m

Levantamiento frontal: desplazamiento de una masa de aire sobre otra.

Convergencia: cuando los vientos de bajo nivel fluyen hacia una ubicación desde múltiples direcciones

Ocurre cuando la temperatura aumenta con la altitud en lugar de disminuir, y hace que la parcela de aire se vuelva flotante negativamente.

La inversión por radiación (más común) resulta del enfriamiento diabático de la superficie

Las inversiones frontales ocurren cuando hay un frente frío o cálido y una zona de transición separa las masas cálidas y frías.

Medio- altoestratos y altocúmulos

Whispy en forma debido a los fuertes vientos a gran altura y amp porque sus partículas de hielo se extienden


Contenido

El hielo seco es la forma sólida de dióxido de carbono (CO2), una molécula que consta de un solo átomo de carbono unido a dos átomos de oxígeno. El hielo seco es incoloro, inodoro y no inflamable, y puede reducir el pH de una solución cuando se disuelve en agua, formando ácido carbónico (H2CO3). [1]

A presiones por debajo de 5,13 atm y temperaturas por debajo de -56,4 ° C (216,8 K -69,5 ° F) (el punto triple), CO2 cambia de un sólido a un gas sin que intervenga una forma líquida, a través de un proceso llamado sublimación. [nota 1] El proceso opuesto se llama deposición, donde CO2 pasa de la fase gaseosa a la sólida (hielo seco). A presión atmosférica, la sublimación / deposición se produce a 194,7 K (-78,5 ° C -109,2 ° F). [2]

La densidad del hielo seco aumenta con la disminución de la temperatura y varía entre aproximadamente 1,55 y 1,7 g / cm 3 (97 y 106 lb / pie3) por debajo de 195 K (-78 ° C -109 ° F). [3] La baja temperatura y la sublimación directa a un gas hacen que el hielo seco sea un refrigerante eficaz, ya que es más frío que el hielo de agua y no deja residuos cuando cambia de estado. [4] Su entalpía de sublimación es 571 kJ / kg (25,2 kJ / mol).

El hielo seco no es polar, con un momento dipolar de cero, por lo que operan atractivas fuerzas intermoleculares de van der Waals. [5] La composición da como resultado una baja conductividad térmica y eléctrica. [6]

Se acepta generalmente que el hielo seco fue observado por primera vez en 1835 por el inventor francés Adrien-Jean-Pierre Thilorier (1790-1844), quien publicó el primer relato de la sustancia. [7] [8] En sus experimentos, se observó que al abrir la tapa de un cilindro grande que contenía dióxido de carbono líquido, la mayor parte del dióxido de carbono líquido se evaporó rápidamente. Esto dejó solo hielo seco sólido en el recipiente. En 1924, Thomas B. Slate solicitó una patente estadounidense para vender hielo seco comercialmente. Posteriormente, se convirtió en el primero en hacer que el hielo seco tuviera éxito como industria. [9] En 1925, esta forma sólida de CO2 fue registrada por DryIce Corporation of America como "Dry Ice", lo que lleva a su nombre común. [10] Ese mismo año, DryIce Co. vendió la sustancia comercialmente por primera vez, comercializándola para fines de refrigeración. [9]

El hielo seco se fabrica fácilmente. [11] [12] Primero, se producen gases con una alta concentración de dióxido de carbono. Dichos gases pueden ser un subproducto de otro proceso, como la producción de amoníaco a partir de nitrógeno y gas natural, actividades de refinería de petróleo o fermentación a gran escala. [12] En segundo lugar, el gas rico en dióxido de carbono se presuriza y refrigera hasta que se licua. A continuación, se reduce la presión. Cuando esto ocurre, algo de dióxido de carbono líquido se vaporiza, provocando una rápida disminución de la temperatura del líquido restante. Como resultado, el frío extremo hace que el líquido se solidifique en una consistencia similar a la nieve. Finalmente, el dióxido de carbono sólido similar a la nieve se comprime en pequeños gránulos o bloques más grandes de hielo seco. [13] [14]

Comercial Editar

El uso más común del hielo seco es para conservar alimentos, [1] mediante refrigeración no cíclica.

Se utiliza con frecuencia para envasar artículos que deben permanecer fríos o congelados, como helados o muestras biológicas, sin la disponibilidad o practicidad del enfriamiento mecánico.

El hielo seco es fundamental en el despliegue de algunas vacunas, que requieren almacenamiento a temperaturas extremadamente frías a lo largo de su línea de suministro. [17]

El hielo seco puede usarse para congelar rápidamente alimentos [18] o muestras biológicas de laboratorio, [19] bebidas carbonatadas, [18] hacer helados, [20] solidificar derrames de petróleo [21] y evitar que las esculturas de hielo y las paredes de hielo se derritan.

El hielo seco se puede utilizar para detener y prevenir la actividad de los insectos en recipientes cerrados de granos y productos de granos, ya que desplaza el oxígeno, pero no altera el sabor ni la calidad de los alimentos. Por la misma razón, puede prevenir o retrasar que los aceites y grasas de los alimentos se vuelvan rancios.

Cuando se coloca hielo seco en el agua, se acelera la sublimación y se crean densas nubes de niebla parecida al humo que se hunden poco. Esto se usa en máquinas de humo, teatros, atracciones de casas embrujadas y clubes nocturnos para efectos dramáticos. A diferencia de la mayoría de las máquinas de humo artificial, en las que la niebla se eleva como humo, la niebla del hielo seco se cierne cerca del suelo. [14] El hielo seco es útil en producciones teatrales que requieren efectos de niebla densa. [22] La niebla se origina a partir del agua a granel en la que se coloca el hielo seco, y no del vapor de agua atmosférico (como se supone comúnmente). [23]

Ocasionalmente se usa para congelar y eliminar verrugas. [24] Sin embargo, el nitrógeno líquido se desempeña mejor en esta función, ya que es más frío, por lo que requiere menos tiempo para actuar y menos presión. [25] El hielo seco tiene menos problemas de almacenamiento, ya que se puede generar a partir de gas de dióxido de carbono comprimido según sea necesario. [25]

Los fontaneros utilizan equipos que fuerzan el CO líquido presurizado2 en una chaqueta alrededor de una pipa. El hielo seco formado hace que el agua se congele, formando un tapón de hielo, lo que les permite realizar reparaciones sin cerrar la red de agua. Esta técnica se puede utilizar en tuberías de hasta 4 pulgadas (100 mm) de diámetro. [26]

El hielo seco se puede utilizar como cebo para atrapar mosquitos, chinches y otros insectos, debido a su atracción por el dióxido de carbono. [27]

Puede utilizarse para exterminar roedores. Esto se hace dejando caer pellets en túneles de roedores en el suelo y luego sellando la entrada, asfixiando así a los animales mientras el hielo seco se sublima. [28]

Se pueden usar diminutos gránulos de hielo seco para combatir el fuego enfriando el combustible y sofocando el fuego excluyendo el oxígeno. [29]

La temperatura extrema del hielo seco puede hacer que los materiales viscoelásticos cambien a la fase vítrea. Por tanto, es útil para eliminar muchos tipos de adhesivos sensibles a la presión.


Temporadas en Marte

Como la Tierra, Marte tiene cuatro estaciones porque el planeta se inclina sobre su eje. Las estaciones varían en duración debido a la excéntrica órbita de Marte alrededor del sol. En el hemisferio norte, la primavera es la temporada más larga con siete meses. El verano y el otoño duran unos seis meses. El invierno dura solo cuatro meses.

Durante un verano marciano, la capa de hielo polar, compuesta principalmente de hielo de dióxido de carbono, se contrae y puede desaparecer por completo. Cuando llega el invierno, la capa de hielo vuelve a crecer. Puede haber algo de agua líquida atrapada debajo de las capas de hielo de dióxido de carbono, dicen los científicos.


Contenido

Giacomo Maraldi determinó en 1704 que el casquete sur no está centrado en el polo rotacional de Marte. [3] Durante la oposición de 1719, Maraldi observó tanto casquetes polares como variabilidad temporal en su extensión.

William Herschel fue el primero en deducir la baja densidad de la atmósfera marciana en su artículo de 1784 titulado Sobre las apariciones notables en las regiones polares del planeta Marte, la inclinación de su eje, la posición de sus polos y su figura esferoidal con algunos indicios relacionados con su diámetro real y atmósfera.. Cuando Marte pareció pasar cerca de dos estrellas débiles sin ningún efecto en su brillo, Herschel concluyó correctamente que esto significaba que había poca atmósfera alrededor de Marte que pudiera interferir con su luz. [3]

El descubrimiento de 1809 de Honore Flaugergues de "nubes amarillas" en la superficie de Marte es la primera observación conocida de tormentas de polvo marcianas. [4] Flaugergues también observó en 1813 una disminución significativa del hielo polar durante la primavera marciana. Su especulación de que esto significaba que Marte era más cálido que la Tierra resultó inexacta.

Hay dos sistemas de datación actualmente en uso para la época geológica marciana. Uno se basa en la densidad del cráter y tiene tres edades: Noé, Hesperiana y Amazónica. La otra es una línea de tiempo mineralógica, que también tiene tres edades: Phyllocian, Theikian y Siderikian.

Las observaciones y los modelos recientes están produciendo información no solo sobre el clima actual y las condiciones atmosféricas en Marte, sino también sobre su pasado. Durante mucho tiempo se había teorizado que la atmósfera marciana de la era de Noé era rica en dióxido de carbono. Las observaciones espectrales recientes de depósitos de minerales arcillosos en Marte y el modelado de las condiciones de formación de minerales arcillosos [5] han encontrado que hay poco o ningún carbonato presente en la arcilla de esa época. Clay formation in a carbon dioxide–rich environment is always accompanied by carbonate formation, although the carbonate may later be dissolved by volcanic acidity. [6]

The discovery of water-formed minerals on Mars including hematite and jarosite, by the Opportunity rover and goethite by the Spirit rover, has led to the conclusion that climatic conditions in the distant past allowed for free-flowing water on Mars. The morphology of some crater impacts on Mars indicate that the ground was wet at the time of impact. [7] Geomorphic observations of both landscape erosion rates [8] and Martian valley networks [9] also strongly imply warmer, wetter conditions on Noachian-era Mars (earlier than about four billion years ago). However, chemical analysis of Martian meteorite samples suggests that the ambient near-surface temperature of Mars has most likely been below 0 °C (32 °F) for the last four billion years. [10]

Some scientists maintain that the great mass of the Tharsis volcanoes has had a major influence on Mars' climate. Erupting volcanoes give off great amounts of gas, mainly water vapor and CO2. Enough gas may have been released by volcanoes to have made the earlier Martian atmosphere thicker than Earth's. The volcanoes could also have emitted enough H2O to cover the whole Martian surface to a depth of 120 m (390 ft). Carbon dioxide is a greenhouse gas that raises a planet's temperature: it traps heat by absorbing infrared radiation. Thus, Tharsis volcanoes, by giving off CO2, could have made Mars more Earth-like in the past. Mars may have once had a much thicker and warmer atmosphere, and oceans or lakes may have been present. [11] It has, however, proven extremely difficult to construct convincing global climate models for Mars which produce temperatures above 0 °C (32 °F) at any point in its history, [12] although this may simply reflect problems in accurately calibrating such models.

Evidence of a geologically recent, extreme ice age on Mars was published in 2016. Just 370,000 years ago, the planet would have appeared more white than red. [13]

Mars' temperature and circulation vary every Martian year (as expected for any planet with an atmosphere and axial tilt). Mars lacks oceans, a source of much interannual variation on Earth. [ aclaración necesaria ] Mars Orbiter Camera data beginning in March 1999 and covering 2.5 Martian years [14] show that Martian weather tends to be more repeatable and hence more predictable than that of Earth. If an event occurs at a particular time of year in one year, the available data (sparse as it is) indicates that it is fairly likely to repeat the next year at nearly the same location, give or take a week.

On September 29, 2008, the Phoenix lander detected snow falling from clouds 4.5 kilometres (2.8 mi) above its landing site near Heimdal Crater. The precipitation vaporised before reaching the ground, a phenomenon called virga. [15]

Martian dust storms can kick up fine particles in the atmosphere around which clouds can form. These clouds can form very high up, up to 100 km (62 mi) above the planet. [16] The first images of Mars sent by Mariner 4 showed visible clouds in Mars' upper atmosphere. The clouds are very faint and can only be seen reflecting sunlight against the darkness of the night sky. In that respect, they look similar to mesospheric clouds, also known as noctilucent clouds, on Earth, which occur about 80 km (50 mi) above our planet.

Measurements of Martian temperature predate the Space Age. However, early instrumentation and techniques of radio astronomy produced crude, differing results. [17] [18] Early flyby probes (Mariner 4) and later orbiters used radio occultation to perform aeronomy. With chemical composition already deduced from spectroscopy, temperature and pressure could then be derived. Nevertheless, flyby occultations can only measure properties along two transects, at their trajectories' entries and exits from Mars' disk as seen from Earth. This results in weather "snapshots" at a particular area, at a particular time. Orbiters then increase the number of radio transects. Later missions, starting with the dual Mariner 6 and 7 flybys, plus the Soviet Mars 2 and 3, carried infrared detectors to measure radiant energy. Mariner 9 was the first to place an infrared radiometer and spectrometer in Mars orbit in 1971, along with its other instruments and radio transmitter. Viking 1 and 2 followed, with not merely Infrared Thermal Mappers (IRTM). [19] The missions could also corroborate these remote sensing datasets with not only their in situ lander metrology booms, [20] but with higher-altitude temperature and pressure sensors for their descent. [21]

Differing in situ values have been reported for the average temperature on Mars, [22] with a common value being −63 °C (210 K −81 °F). [23] [24] Surface temperatures may reach a high of about 20 °C (293 K 68 °F) at noon, at the equator, and a low of about −153 °C (120 K −243 °F) at the poles. [25] Actual temperature measurements at the Viking landers' site range from −17.2 °C (256.0 K 1.0 °F) to −107 °C (166 K −161 °F). The warmest soil temperature estimated by the Viking Orbiter was 27 °C (300 K 81 °F). [26] The Spirit rover recorded a maximum daytime air temperature in the shade of 35 °C (308 K 95 °F), and regularly recorded temperatures well above 0 °C (273 K 32 °F), except in winter. [27]

It has been reported that "On the basis of the nighttime air temperature data, every northern spring and early northern summer yet observed were identical to within the level of experimental error (to within ±1 °C)" but that the "daytime data, however, suggests a somewhat different story, with temperatures varying from year-to-year by up to 6 °C in this season. [28] This day-night discrepancy is unexpected and not understood". In southern spring and summer, variance is dominated by dust storms which increase the value of the night low temperature and decrease the daytime peak temperature. [29] This results in a small (20 °C) decrease in average surface temperature, and a moderate (30 °C) increase in upper atmosphere temperature. [30]

Before and after the Viking missions, newer, more advanced Martian temperatures were determined from Earth via microwave spectroscopy. As the microwave beam, of under 1 arcminute, is larger than the disk of the planet, the results are global averages. [31] Later, the Mars Global Surveyor's Thermal Emission Spectrometer and to a lesser extent 2001 Mars Odyssey's THEMIS could not merely reproduce infrared measurements but intercompare lander, rover, and Earth microwave data. The Mars Reconnaissance Orbiter's Mars Climate Sounder can similarly derive atmospheric profiles. The datasets "suggest generally colder atmospheric temperatures and lower dust loading in recent decades on Mars than during the Viking Mission," [32] although Viking data had previously been revised downward. [33] The TES data indicates "Much colder (10–20 K) global atmospheric temperatures were observed during the 1997 versus 1977 perihelion periods" and "that the global aphelion atmosphere of Mars is colder, less dusty, and cloudier than indicated by the established Viking climatology," again, taking into account the Wilson and Richardson revisions to Viking data. [34]

A later comparison, while admitting "it is the microwave record of air temperatures which is the most representative," attempted to merge the discontinuous spacecraft record. No measurable trend in global average temperature between Viking IRTM and MGS TES was visible. "Viking and MGS air temperatures are essentially indistinguishable for this period, suggesting that the Viking and MGS eras are characterized by essentially the same climatic state." It found "a strong dichotomy" between the northern and southern hemispheres, a "very asymmetric paradigm for the Martian annual cycle: a northern spring and summer which is relatively cool, not very dusty, and relatively rich in water vapor and ice clouds and a southern summer rather similar to that observed by Viking with warmer air temperatures, less water vapor and water ice, and higher levels of atmospheric dust." [28]

The Mars Reconnaissance Orbiter MCS (Mars Climate Sounder) instrument was, upon arrival, able to operate jointly with MGS for a brief period the less-capable Mars Odyssey THEMIS and Mars Express SPICAM datasets may also be used to span a single, well-calibrated record. While MCS and TES temperatures are generally consistent, [35] investigators report possible cooling below the analytical precision. "After accounting for this modeled cooling, MCS MY 28 temperatures are an average of 0.9 (daytime) and 1.7 K (night-time) cooler than TES MY 24 measurements." [36]

It has been suggested that Mars had a much thicker, warmer atmosphere early in its history. [37] Much of this early atmosphere would have consisted of carbon dioxide. Such an atmosphere would have raised the temperature, at least in some places, to above the freezing point of water. [38] With the higher temperature running water could have carved out the many channels and outflow valleys that are common on the planet. It also may have gathered together to form lakes and maybe an ocean. [39] Some researchers have suggested that the atmosphere of Mars may have been many times as thick as the Earth's however research published in September 2015 advanced the idea that perhaps the early Martian atmosphere was not as thick as previously thought. [40]

Currently, the atmosphere is very thin. For many years, it was assumed that as with the Earth, most of the early carbon dioxide was locked up in minerals, called carbonates. However, despite the use of many orbiting instruments that looked for carbonates, very few carbonate deposits have been found. [40] [41] Today, it is thought that much of the carbon dioxide in the Martian air was removed by the solar wind. Researchers have discovered a two-step process that sends the gas into space. [42] Ultraviolet light from the Sun could strike a carbon dioxide molecule, breaking it into carbon monoxide and oxygen. A second photon of ultraviolet light could subsequently break the carbon monoxide into oxygen and carbon which would get enough energy to escape the planet. In this process the light isotope of carbon ( 12 C) would be most likely to leave the atmosphere. Hence, the carbon dioxide left in the atmosphere would be enriched with the heavy isotope ( 13 C). [43] This higher level of the heavy isotope is what was found by the Curiosity rover on Mars. [44] [45]