Descoberto novo ciclo de água em Marte

12 maio, 2019 

Aproximadamente a cada dois anos terrestres, quando é verão em seu hemisfério sul, uma janela se abre: somente lá e somente nesta estação o vapor d’água em Marte pode subir de forma eficiente da atmosfera inferior para a superior. Lá, os ventos carregam o gás raro para o Pólo Norte. Enquanto parte do vapor d’água decai e escapa para o espaço, o resto afunda de novo perto dos pólos.

Marte poderia ter sido assim com um oceano cobrindo parte de sua superfície. © NASA / GSFC

Pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou e do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar (MPS) na Alemanha descrevem este incomum ciclo de água marciano em uma edição atual da Geophysical Research Letters. Suas simulações de computador mostram como o vapor d’água supera a barreira de ar frio na atmosfera média de Marte e atinge camadas de ar mais altas. Isso poderia ajudar a entender porque Marte – ao contrário da Terra – perdeu a maior parte de sua água.

Há bilhões de anos, Marte era um planeta rico em água, com rios e até mesmo com um oceano. Desde então, nosso planeta vizinho mudou drasticamente: hoje, apenas pequenas quantidades de água congelada existem no solo; na atmosfera, o vapor de água ocorre apenas em traços. Tudo somado, o planeta pode ter perdido pelo menos 80 por cento de sua água original.
Na atmosfera superior de Marte, a radiação ultravioleta do Sol divide as moléculas de água em hidrogênio (H) e radicais hidroxila (OH). O hidrogênio escapou de lá irremediavelmente para o espaço. Medições por sondas espaciais e telescópios espaciais mostram que até hoje a água ainda é perdida dessa maneira. Mas como isso é possível? A camada de atmosfera média de Marte, como a tropopausa da Terra, deveria na verdade parar o gás que se eleva. Afinal, esta região é geralmente tão fria que o vapor de água se transformaria em gelo. Como o vapor de água marciano alcança as camadas superiores de ar?

Em suas simulações atuais, os pesquisadores russos e alemães encontram um mecanismo anteriormente desconhecido que lembra uma espécie de bomba. Seu modelo descreve de forma abrangente os fluxos em todo o envelope de gás ao redor de Marte: da superfície até uma altitude de 160 quilômetros. Os cálculos mostram que a atmosfera média normalmente gelada torna-se permeável ao vapor de água duas vezes ao dia – mas apenas em um determinado local e em uma determinada época do ano.
A órbita de Marte desempenha um papel decisivo nisto: seu caminho ao redor do Sol, que dura cerca de dois anos terrestres, é muito mais elíptico do que o do nosso planeta. No ponto mais próximo do Sol (que coincide aproximadamente com o verão do hemisfério sul), Marte está aproximadamente a 42 milhões de quilômetros mais perto do Sol do que em seu ponto mais distante. O verão no hemisfério sul é, portanto, visivelmente mais quente que o verão no hemisfério norte.
“Quando é verão no hemisfério sul, em certas horas do dia o vapor de água pode subir localmente com massas de ar mais quentes e atingir a atmosfera superior”, diz Paul Hartogh, da MPS, resumindo os resultados do novo estudo. Nas camadas atmosféricas superiores, os fluxos de ar transportam o gás ao longo das longitudes até o Pólo Norte, onde esfria e desce novamente. No entanto, parte do vapor d’água escapa desse ciclo: sob a influência da radiação solar, as moléculas de água se desintegram e o hidrogênio escapa para o espaço.
Outra peculiaridade marciana pode fortalecer esse ciclo hidrológico incomum: enormes tempestades de poeira que cobrem todo o planeta e repetidamente afligem Marte em intervalos de vários anos. As últimas tempestades ocorreram em 2018 e 2007 e foram amplamente documentadas por sondas espaciais orbitando Marte. “As quantidades de poeira que circulam na atmosfera durante essa tempestade facilitam o transporte de vapor d’água em camadas de ar”, diz Alexander Medvedev, da MPS.

De vez em quando, a poeira de Marte percorre todo o planeta, como mostrado aqui em junho de 2018. A imagem foi obtida pela NASA … [mais] © NASA

Os pesquisadores calcularam que durante a tempestade de poeira de 2007 o dobro de vapor d’água atingiu a atmosfera superior como durante um verão tempestuoso no hemisfério sul. Como as partículas de poeira absorvem a luz solar e, portanto, aquecem, as temperaturas em toda a atmosfera aumentam em até 30 graus.
“Nosso modelo mostra com precisão sem precedentes como a poeira na atmosfera afeta os processos microfísicos envolvidos na transformação do gelo em vapor d’água”, explica Dmitry Shaposhnikov, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, primeiro autor do novo estudo.
“Aparentemente, a atmosfera marciana é mais permeável ao vapor de água do que a da Terra”, conclui Hartogh. “O novo ciclo sazonal da água que foi encontrado contribui maciçamente para a contínua perda de água de Marte.”
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