Duas formas recém-descobertas de água salgada congelada podem ajudar os cientistas a resolver um mistério sobre as luas incrustadas de gelo do Sistema Solar.
Quando submetidos a pressões mais altas e temperaturas mais baixas do que as encontradas na natureza na Terra, os átomos do cloreto de sódio hidratado – mais conhecido como gelo de água salgada – se arranjam em estruturas nunca antes identificadas que possuem uma proporção muito maior de moléculas de água do que sal.
Isso poderia explicar a estranha assinatura química de uma substância na superfície da lua de Júpiter, Europa, que parece mais aquosa do que os cientistas esperam.
“É raro hoje em dia ter descobertas fundamentais na ciência”, diz o cientista da Terra e do espaço Baptiste Journaux, da Universidade de Washington.
“O sal e a água são muito conhecidos nas condições da Terra. Mas, além disso, estamos totalmente no escuro. E agora temos esses objetos planetários que provavelmente têm compostos muito familiares para nós, mas em condições muito exóticas. Temos refazer toda a ciência mineralógica fundamental que as pessoas faziam nos anos 1800, mas em alta pressão e baixa temperatura. É uma época emocionante.”
Sal e água são abundantes em nosso planeta natal. Quando combinadas, as moléculas de sal se dissolvem nas de água para criar uma solução. A presença do sal reduz o ponto de congelamento da solução em comparação com a água sem sal, mas como a temperatura continua a cair sob as condições atmosféricas típicas da Terra, acabará por congelar.
Quando isso acontece, as moléculas se organizam em uma estrutura de treliça rígida conhecida como hidrato. Na Terra (fora do laboratório), essa estrutura só tem uma configuração: uma molécula de sal para cada duas moléculas de água.
Em luas como Europa e Ganimedes, que orbitam Júpiter, e na lua de Saturno, Encélado, os cientistas também encontraram evidências de sal e água, apenas as condições em que ambos são encontrados são bastante diferentes das da Terra.
Expostas ao quase vácuo do espaço, longe do Sol, as superfícies desses mundos distantes podem ficar extremamente frias. Sob suas camadas de gelo, há oceanos que podem, em alguns casos, ser mais de 100 vezes mais espessos do que as águas mais profundas da Terra, gerando pressões e temperaturas bastante extremas.
Journaux e seus colegas começaram a investigar o impacto que o sal tem na produção de gelo. Eles comprimiram uma pequena bolha de água salgada em uma célula de bigorna de diamante sob condições extremamente frias, gerando pressões de até 25.000 vezes a pressão atmosférica da Terra enquanto baixavam as temperaturas para -123 graus Celsius (-190 graus Fahrenheit).
Eles não esperavam o que aconteceu a seguir.
“Estávamos tentando medir como a adição de sal mudaria a quantidade de gelo que poderíamos obter, já que o sal age como um anticongelante”, explica Journaux. “Surpreendentemente, quando colocamos pressão, o que vimos é que esses cristais que não esperávamos começaram a crescer. Foi uma descoberta muito acidental.”
Nas condições do experimento, os pesquisadores viram surgir dois novos arranjos de moléculas de sal e água. Um apresentava duas moléculas de sal para cada 17 moléculas de água; o outro tinha 13 moléculas de água para uma molécula de sal. Ambos são muito diferentes de um sal, duas águas vistos naturalmente na Terra – e consistentes com as assinaturas químicas aquosas observadas nas luas de gelo.
“Tem a estrutura que os cientistas planetários esperavam”, acrescenta Journaux.
O principal fator, dizem os pesquisadores, é a pressão, que espreme as moléculas e as obriga a encontrar novas maneiras de coexistir. Mas mesmo quando a pressão foi liberada, um dos hidratos recém-identificados – aquele com 17 moléculas de água – permaneceu estável até temperaturas de -50 graus Celsius. Isso sugere que também pode ser encontrado aqui na Terra, possivelmente sob o gelo da Antártida.
Pesquisas futuras precisarão ser realizadas para determinar se essa descoberta pode resolver o mistério da lua gelada.
“Os espectros infravermelhos [do hidrato] ainda precisam ser determinados em estudos futuros”, escrevem os pesquisadores, “mas sua estrutura hiperidratada pode resolver o mistério de longa data da fase de hidrato não identificada na superfície de Europa e Ganimedes”.
Publicado em 26/02/2023 21h16
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