septiembre 29, 2021

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Los científicos buscan comprender mejor la química de la atmósfera terrestre mediante el estudio de Marte

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Entendiendo el ozono en Marte. Crédito: Agencia Espacial Europea

Los estudios a largo plazo del ozono y el vapor de agua en la atmósfera marciana podrían conducir a una mejor comprensión de la química atmosférica de la Tierra. Un nuevo análisis de datos de la misión Mars Express de la Agencia Espacial Europea ha revelado que nuestro conocimiento de la forma en que los gases atmosféricos interactúan entre sí es incompleto.


Utilizando cuatro años marcianos de observaciones del instrumento SPICAM (Análisis espectral para la investigación de las características atmosféricas de Marte), que corresponde a siete años y medio terrestres, un equipo de investigadores de Europa y Rusia ha descubierto la brecha en nuestro conocimiento cuando intenta reproducir sus datos utilizando un modelo climático global de Marte.

El ozono y el vapor de agua no son buenos compañeros en la atmósfera. Ozono (O3) al producir moléculas de dióxido de carbono (CO.)2), que comprende el 95% de Atmósfera de Marte, dividido por los rayos ultravioleta del sol. Por el contrario, el ozono puede descomponerse mediante moléculas llamadas radicales de hidrógeno (HOX), que contienen un átomo de hidrógeno y uno o más átomos de oxígeno. Los propios radicales de hidrógeno se producen cuando el vapor de agua se separa mediante luz ultravioleta.

En Marte, dado que el dióxido de carbono es omnipresente, debe haber una firma global de ozono, a menos que un área en particular contenga vapor de agua. En esta circunstancia, el agua se dividirá en radicales de hidrógeno, que reaccionarán con la molécula de ozono y los separarán.

Por lo tanto, siempre que SPICAM haya detectado vapor de agua, debe haber experimentado una disminución del ozono. Cuanto más vapor de agua, menos ozono. El equipo investigó esta correlación inversa, también conocida como anticorrelación. Descubrieron que podían reproducir la naturaleza inversa general de la misma utilizando un modelo climático, pero no pudieron lograr la relación exacta. En cambio, para una determinada cantidad de vapor de agua, el modelo produjo solo el 50% del ozono encontrado en los datos de SPICAM.

“Sugiere que la eficiencia de la destrucción del ozono se exagera en las simulaciones por computadora”, dice Frank Lefevre, del Laboratorio de atmósferas, Medio Ambiente, Observaciones Espaciales (LATMOS), CNRS / Universidad de la Sorbona, Francia, quien dirigió el estudio.

En la actualidad, sin embargo, la razón de esta sobreestimación no está clara. Es fundamental comprender el comportamiento de los radicales de hidrógeno en Marte. “Juega un papel clave en la química de la atmósfera marciana, pero también en la composición global del planeta”, dice Frank.

El modelo químico utilizado en este trabajo fue construido específicamente por Frank y sus colegas para el análisis de Marte. Se basó en un modelo de una parte de la atmósfera superior de la Tierra; La mesosfera. Aquí, entre unos 40-80 kilómetros de altitud, la química y las condiciones son muy similares a las de la atmósfera marciana.

De hecho, la variación encontrada en los modelos podría tener implicaciones importantes para la forma en que simulamos el clima de la Tierra utilizando modelos atmosféricos. Esto se debe a que la atmósfera de la Tierra contiene una parte de la capa de ozono, que experimentará las mismas interacciones con HOX que en Marte.

“La química HOX es importante para el equilibrio global de la capa de ozono de la Tierra”, dice Frank.

Entonces, comprender lo que sucede en la atmósfera marciana puede beneficiar la precisión con la que podemos realizar simulaciones climáticas en la Tierra. Y con tantos datos ahora disponibles de SPICAM, el modelo mostró claramente que hay algo que no entendemos.

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Cuando Frank y sus colegas proporcionaron cálculos sobre la forma en que las partículas heladas que forman las nubes en Marte absorben HOX, descubrieron que se escapaba más ozono en sus modelos. Esto se debe a que las moléculas de HOX se absorben antes de que puedan degradar la capa de ozono. Pero esto explica sus resultados solo parcialmente.

“No funciona en todos los casos”, dice Frank. Y el equipo también está mirando hacia otro lado.

Un área particular de estudio adicional es la medición de las velocidades de reacción a las temperaturas más bajas que se encuentran en las atmósferas marciana y terrestre. Por el momento, estos no son muy conocidos y, por lo tanto, los modelos también pueden estar sesgados.

Ahora que el trabajo actual se ha destacado de manera cuantitativa donde se encuentran las lagunas en nuestro conocimiento, el equipo recopilará más datos utilizando otros instrumentos UV que operan en Marte y continuará sus investigaciones y actualizaciones. Formulario.

“Con Mars Express, hemos completado el estudio más largo de la atmósfera marciana hasta la fecha, independientemente de la misión. A partir de 2004, ahora tenemos 17 años de datos, lo que nos lleva a observar casi siete años seguidos de Marte, incluidos cuatro años marcianos de mediciones combinadas de ozono y vapor de agua antes de que el canal UV de SPICAM, que medía el ozono, dejara de funcionar a fines de 2014. Esto es único en la historia de la exploración planetaria “, agrega Frank Monmessen, también de LATMOS, investigador principal de SPICAM Herramienta.

Sobre la base del inusual conjunto de datos de Mars Express, ahora están surgiendo nuevos resultados del Trace Gas Orbiter de la ESA, que ha estado en órbita alrededor de Marte desde octubre de 2016. Contiene dos instrumentos, ACS (Atmospheric Chemistry Suite) y NOMAD (raro y misterioso MArs Discovery ) que Descomposición de la atmósfera de Marte. La misión Maven de la NASA también lleva equipos ultravioleta que monitorean ozono Abundancia. Entonces, la información vital que finalmente desvela este misterio puede llegar en cualquier momento.

El monitoreo a largo plazo de los parámetros atmosféricos y sus variaciones por parte de Mars Express proporciona un conjunto de datos único con el que estudiar la atmósfera marciana como un sistema dinámico complejo.

“Quizás sumar todos estos años eventualmente conducirá a la clave de cómo HOX realmente controla Marte Atmósfera, que es útil para nuestra comprensión de las atmósferas planetarias en general ”, dice Frank Montmessen.


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más información:
F. Lefèvre et al, La relación entre las plumas de ozono y el vapor de agua en Marte según lo monitoreado por SPICAM y calculado por el Modelo Climático Global, Journal of Geophysical Research: planetas (2021). doi: 10.1029 / 2021JE006838

Introducción de
Agencia Espacial Europea

La frase: Los científicos buscan comprender mejor la química atmosférica de la Tierra mediante el estudio de Marte (2021, 23 de julio), consultado el 23 de julio de 2021 en https://phys.org/news/2021-07-scientists-earth-atmospheric-chemistry-mars.html

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