¿Qué tan salado es el océano de Encélado bajo el hielo?


Ilustración del interior de Encélado – espesores no a escala. Crédito: NASA / JPL – Caltech

Un satélite helado de Saturno, Encélado, ha sido objeto de un creciente interés en los últimos años desde que Cassini capturó chorros de agua y otros materiales expulsados del polo sur de la Luna. Una hipótesis particularmente tentadora apoyada por la composición de la muestra es que podría haber vida en los océanos bajo las conchas de hielo de Encélado. Para evaluar la habitabilidad de Encélado y encontrar la mejor manera de sondear esta luna helada, los científicos necesitan entender mejor la composición química y la dinámica del océano de Encélado.

Específicamente, una salinidad apropiada podría ser importante para la habitabilidad. Al igual que las gachas de los Tres Osos, el nivel de sal del agua debe ser justo para que la vida prospere. Una salinidad demasiado alta podría ser amenazante para la vida, y una salinidad demasiado baja puede indicar una reacción débil de roca de agua, limitando la cantidad de energía disponible para la vida. Si la vida existe, la circulación oceánica,que también depende indirectamente de la salinidad, determinará a dónde se transportan el calor,los nutrientes y las biofirmas potenciales, y por lo tanto es la clave para la detección de biofirmas.

Un equipo de científicos que trabajan con el Dr. Wanying Kang en el MIT aborda estas preguntas simulando numéricamente las probables circulaciones oceánicas para varios niveles posibles de salinidad y evaluando la probabilidad de cada escenario preguntándose si es capaz de mantener la geometría observada de la capa de hielo que Cassini mapeó en la luna helada.

La circulación oceánica depende de las diferencias en la densidad de su agua constituyente en diferentes partes del océano. El agua más densa fluirá hacia el agua menos densa para llegar a un equilibrio. Esas diferencias de densidad están controladas por dos factores clave, la ubicación de la fuente de calor de la Luna y la salinidad oceánica, ambos actualmente mal entendidos.

Hay dos lugares en Encélado para una fuente de calor potencial: en el núcleo de silicato o en la plataforma de hielo inferior donde se encuentra con la parte superior del océano. Si se produce una cantidad significativa de calor en el núcleo de silicato a través de la flexión de las mareas debajo del océano, los científicos esperarían ver convección, al igual que lo que sucede cuando hierve una olla de agua. Del mismo modo, si la congelación ocurre en lo alto del océano, la sal será expulsada del hielo, aumentando la densidad de agua local y desencadenando la convección desde la parte superior.

La salinidad también juega un papel clave en esos cálculos de densidad. Para niveles de salinidad relativamente bajos, el agua se contrae al calentarse cerca del punto de congelación, haciéndolo más denso. Dado que el océano de Encélado está en contacto con una capa de hielo global, está cerca de congelarse. Esto es contra intuitivo a la forma en que la mayoría de la gente piensa en el calentamiento, lo que generalmente implica que el material se vuelve menos denso con el aumento de la temperatura. En las salinidades más altas, esto se convierte en cierto y el agua comienza a comportarse normalmente, expandiéndose al calentarse.

Dada la incertidumbre de la salinidad oceánica de Encélado (entre 4-40 gramos de sal por kilogramo de agua) y qué porcentaje del calentamiento del planeta tiene lugar en cualquiera de las dos fuentes, la Dra. Kang y sus coautores utilizaron el modelo oceánico del MIT para simular la circulación oceánica bajo varias combinaciones, suponiendo que la capa de hielo observada se mantenga congelando en las gruesas regiones de hielo y derritiéndose en otros lugares. Esto es cierto en gran medida para los mundos helados, ya que los estantes de hielo se aplanarían naturalmente con el tiempo debido al flujo de hielo si ningún otro proceso mantiene una diferencia.


Representación artística que muestra una sección transversal interior de la corteza de Encélado, que muestra cómo la actividad hidrotermal puede estar causando las plumas de agua en la superficie de la luna. Crédito: NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute

El equipo diagnosticó el transporte de calor bajo varios escenarios y encontró que sólo unos pocos de ellos pueden mantener ampliamente un presupuesto de calor "equilibrado", es decir, cómo las diversas fuentes de calor (la cantidad de flujo de calor del océano al hielo, además de la producción de calor en el hielo debido a la flexión de la marea, además de la liberación de calor latente) pueden equilibrar exactamente la pérdida de calor conductor a través de la cáscara de hielo.

Según el modelo, tal equilibrio puede lograrse ampliamente si la salinidad oceánica está en algún nivel intermedio (10-30 g/kg) y si la cáscara de hielo es la fuente de calor dominante. Cuando se cumplen estas dos condiciones, la circulación oceánica es débil. Como resultado, el agua polar caliente no se mezclará hacia el ecuador de manera demasiado eficiente, por lo que el derretimiento ecuatorial no ocurrirá. Esto resulta en una plataforma de hielo que es más gruesa alrededor del ecuador de la luna, como fue observado por Cassini. También implica que la presión en la interfaz agua-hielo es menor en los polos, lo que significa que también tiene un punto de congelación más alto que el agua en el ecuador.

Para aquellos escenarios con un presupuesto de calor "desequilibrado", lo que significa que parte del calor creado en la luna no se lleva a cabo lejos, el transporte de calor ecuatorial es demasiado eficiente y la capa de hielo ecuatorial tenderá a derretirse. Mientras tanto, la fuerza de gradiente de presión conducirá un flujo de hielo desde el ecuador hasta los polos. Juntos, el derretimiento y el flujo de hielo reducirán el espesor del hielo cerca del ecuador, inevitablemente. Bajo este escenario, la geometría de hielo observada no se puede mantener a lo largo de la vida de la luna.

Comentarios

Entradas populares