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Criovulcanismo en el Sistema Solar

Criovulcanismo en el Sistema Solar

domingo 18 de septiembre de 2011, 00:00h
Este experimento propuesto para los alumnos de ESO y Bachillerato trata de explicar el criovulcanismo. En planetas como Júpiter, Neptuno o Saturno, no puede producirse el mismo tipo de explosión volcánica que en la Tierra, pero también hay volcanes. ¿Cómo son?

Material

Agua (preferiblemente destilada).
Bromofenol azul, para teñir el agua y que sea más visible el fenómeno.
Hielo carbónico en grano fino.
Cristalizador grande.
Recipiente para el agua: probeta.
Espátula fina.

Cristalizador
Cristalizador en el que se observa la placa de hielo en formación y el desprendimiento de dióxido de carbono (sublimación del hielo carbónico).



Fundamento científico

Algunos satélites del Sistema Solar exterior están constituidos por hielos de diferente composición química (agua, dióxido de carbono, metano o amoniaco). Las rocas allí son de hielos, no hay granitos ni calizas, ni suelos de «tierra» como en nuestro planeta. Por tanto, los volcanes se forman cuando se funden las rocas de hielo y se dan procesos magmáticos en condiciones de muy baja temperatura.

Esta es la razón por la que los geólogos planetarios hablan de criovulcanismo o criomagmatismo, en lugar de vulcanismo o magmatismo. En nuestro planeta, el magma es un material de composición silicatada que se funde a alta temperatura. Debido a los gases y compuestos químicos específicos, emerge a la superficie de forma más o menos violenta y con una determinada viscosidad.

Enlos satélites de hielo Europa, Encélado y Tritón de Júpiter, Saturno y Neptuno, respectivamente, los procesos magmáticos son similares a los de los planetas de tipo terrestre, pero se diferencian fundamentalmente en que estos tienen lugar a bajas temperaturas, y lo que se funde es predominantemente hielo de agua, en el caso de Europa y Encélado, u otros compuestos como el metano (CH4) y el nitrógeno molecular (N2), en el caso de Tritón.

Encélado, uno de los satélites de hielo de SaturnoEn el pasado, e incluso actualmente, estos tres satélites de hielo muestran huellas de haber sufrido actividad criomagmática. En Europa, por ejemplo, se han observado materiales que han emergido y se han depositado en las líneas de fractura en la corteza de hielo. En Tritón, la nave Voyager ha fotografiado terrenos de origen criovolcánico. En el Polo Sur de Encélado, por su parte, la sonda Cassini ha detectado recientemente salidas violentas de agua desde fisuras de la corteza de hielo muy similares a las que se producen en los géiseres terrestres. En especial, la existencia de fuentes de calor y masas de agua líquida en los satélites de hielo Europa y Encélado los convierte en lugares potenciales en el Sistema Solar exterior en los que puede haber florecido la vida.

Encélado, uno de los satélites de hielo de Saturno.
Se piensa que las líneas azuladas (llamadas «tiger stripes») son fracturas de la corteza por las que surge agua a presión.

Fuente: Cassini Imaging Team. NASA/JPL/Space Science Institute.

Desarrollo
Se plantea un experimento para mostrar al visitante cómo se generan los procesos criomagmáticos en los satélites de hielo del Sistema Solar. A continuación se detalla el protocolo experimental llevado a cabo.

Preparación antes del experimento
El agua en una probeta de 1 L se tiñe con el bromofenol para que tenga color azul.
Se cubre el fondo del cristalizador con el hielo carbónico (está a -50 °C, por lo que se aconseja manipularlo con guantes de látex), de la forma más homogénea posible.

Desarrollo del experimento
En primer lugar, se vierte poco a poco el agua azul sobre el hielo carbónico, repartiéndola de forma uniforme.
Una vez cubierto todo el hielo, se completa el llenado hasta 500 mL. Es importante verter la cantidad de agua correcta, puesto que si se vierte más o menos de la debida el experimento tardará mucho en completarse o bien no se apreciará claramente.

El CO2 comienza a sublimar por la alta temperatura del agua. Esta se enfría y congela, pasando de densidad 1 a 0,996 g/cm³, por lo que el sistema tiende a estructurarse. Al principio, el agua líquida se va congelando paulatinamente, cristalizando unida al hielo de CO2. Es entonces cuando el CO2 gaseoso tiende a escapar, pero parte de este queda atrapado en el hielo de agua en formación. Este gas que queda atrapado escapa de forma más o menos violenta (a la manera de los géiseres y otros procesos volcánicos), cuando la corteza de hielo de agua se fractura (lo cual se puede provocar con la espátula fina).

Después de aproximadamente 3 minutos, el hielo de agua que se ha ido congelando unido al CO2 se despega del fondo del cristalizador y asciende a la superficie con una pequeña explosión.
A los 10 minutos de iniciado el experimento se tiene una placa grande de hielo por encima del agua líquida. Con suerte, las placas de hielo que se han quedado pegadas al CO2 también pueden fracturarse, como ocurre en los satélites de hielo.

Para apreciar bien la corteza de hielo que se ha formado, se aconseja dejar preparado 30 minutos antes otro experimento que ya tenga formada la corteza de hielo y carezca de CO2, al margen del que en ese momento se esté realizando. Se puede añadir más agua para que el público vea lo bien que flota la placa de hielo sobre el agua líquida.

- ¿Qué hizo el visitante?
El experimento resultó muy atractivo, tanto para los niños como para los adultos. A los niños les atraía mucho la frialdad del hielo carbónico y el fenómeno de la sublimación, lo que ocurría cuando el CO2 entraba en contacto con el agua líquida. La observación del «burbujeo» (la simulación de géiseres) les resultó sorprendente, porque parecía que el agua hervía estando a muy baja temperatura.

A los adultos y estudiantes de bachillerato les resultó muy interesante descubrir que en nuestro Sistema Solar se producen fenómenos de criomagmatismo, así como imaginar e inferir sus implicaciones astrobiológicas.

- Responsables:
Miguel Alcíbar
Federico Morán

- Investigadores y Colaboradores: Miguel Alcíbar, Clara Cases, Cristina Cid, Teresa Eibe, Abraham Esteve, David Fernández, Felipe Gómez, Carolina González, Alain Lepinette, Eva Mateo, Guillermo Muñoz, Christian Nake, Susana Osuna Olga Prieto, José Antonio Rodríguez, Celia Rogero, Marta Ruiz, Jesús Sobrado y Josefina Torres.

Centro: Centro de Astrobiología, CAB (CSIC-INTA)
Fuente: VII Feria Madrid por la Ciencia 2006
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