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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
Josefina Torres
Centro: Centro de Astrobiología, CAB (CSIC-INTA)
Fuente:
Dirigido a: ESO y Bachillerato
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.
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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 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.
En Europa, Encélado y Tritón, satélites de hielo 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.
En 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.
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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
1. El agua en una probeta de 1 L se tiñe con el bromofenol para que tenga color azul.
2. 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
1. En primer lugar, se vierte poco a poco el agua azul sobre el hielo carbónico, repartiéndola de forma uniforme.
2. 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.
3. 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).
4. 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.
5. 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.
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