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¿Cuánta presión atmosférica (CO2) se necesita para transportar el polvo de óxido de hierro en el viento?

Es sabido que en Marte hay diablos de polvo y tormentas de polvo. Pero, ¿podemos demostrar que la presión atmosférica en Marte, que es el 0,6% de la que experimentamos en la Tierra, proporciona suficiente masa atmosférica para poder suspender partículas sólidas en el aire durante largos períodos de tiempo, resistiendo las fuerzas de la gravedad y la flotabilidad natural?

Es fácil suponer que la atmósfera de Marte es la responsable de los diablos de polvo y las tormentas de polvo, pero me preocupa que no sea posible que una atmósfera tan delgada produzca estas fuerzas y efectos, y creo que puede ser necesario buscar otras posibles causas para los diablos de polvo y las tormentas de polvo, como la estática u otros eventos electromagnéticos.

La NASA ha demostrado que el polvo marciano es increíblemente reactivo a cualquier tipo de fuerza eléctrica o magnética, como quizás el viento solar u otras formas de influencia magnética del sol, la Tierra o incluso Júpiter.
Al fin y al cabo, el polvo marciano es principalmente óxido de hierro, por lo que cabe esperar una fuerte interacción electromagnética.

He aquí una buena anécdota, que cita observaciones de Marte desde la nave espacial Viking :

"... las velocidades del viento aumentaron considerablemente -de hecho, en tan sólo una hora desde la llegada de la tormenta habían aumentado hasta 17 m/s (61 km/h), con ráfagas de hasta 26 m/s (94 km/h). Sin embargo, no se observó ningún transporte real de material en ninguno de los dos sitios, sólo un brillo gradual y una pérdida de contraste del material de la superficie a medida que el polvo se asentaba sobre él."

La cuestión principal es si podemos demostrar si el CO 2 ¿La atmósfera de Marte tiene realmente la capacidad física de arrastrar el polvo en el aire, sin la ayuda de otras fuerzas, bajo velocidades de viento normales o incluso altas?

Actualización:
He leído parte de la literatura proporcionada por Russell McMahon en su excelente respuesta a esta pregunta. (¡Gracias!)
Me gustaría aportar algunos comentarios, pero no me va a caber todo en un comentario, así que lo pondré aquí en la pregunta.

Empecé a leer el artículo de Space.com que mencionó Russell, y de buenas a primeras empecé a ver un lenguaje sospechoso:

"Las nuevas imágenes del Mars Reconnaissance Orbiter muestran dunas de arena arrastradas por el viento que se mueven por la superficie marciana, a veces hasta varios metros a la vez, dijeron los científicos."

"'Marte tiene más ráfagas de viento de las que conocíamos hasta ahora, o los vientos son capaces de transportar más arena', explicó el científico planetario Nathan Bridges, del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, en Laurel (Maryland), que dirigió el nuevo estudio sobre las movedizas dunas de arena de Marte. Solíamos pensar que la arena de Marte era relativamente inmóvil, así que estas nuevas observaciones están cambiando toda nuestra perspectiva".

Digo que es un lenguaje sospechoso, porque parece una lógica circular o defectuosa:

  1. Conocemos la presión atmosférica y la composición química tanto de la atmósfera como de la superficie marciana.
  2. Hemos observado y medido las velocidades del viento, y hemos determinado que el viento no debería ser capaz de mover las dunas de arena, supuestamente basándonos en ecuaciones como la clásica ecuación de arrastre, etc.
  3. A continuación, observamos que las dunas de arena hacer se mueven con bastante rapidez, a pesar de la falta de composición del viento.
  4. Por lo tanto, el viento marciano debe ser capaz de mover la arena con mucha facilidad, a pesar de nuestras observaciones anteriores de que el viento marciano realmente no puede mover casi nada.
  5. Por lo tanto, tal vez las partículas reboten en el suelo después de ser transportadas por el viento, provocando reacciones en cadena durante cientos de millones de años, etc.

El problema con esta lógica, es donde dicen, "Las dunas de arena marcianas se mueven rápidamente, por lo tanto el viento marciano debe ser capaz de mover rápidamente las dunas de arena, a pesar de que el viento marciano no debería ser capaz de mover las dunas de arena en absoluto en base a nuestra comprensión de la resistencia del viento".

Por lo que sabemos, los vientos marcianos tienen poco o nada que ver con la arena que se mueve por el planeta.

Nuestras observaciones y mediciones anteriores de las condiciones atmosféricas en Marte apoyan la idea de que el viento no puede ser un factor importante, ni siquiera en períodos de tiempo cósmicos.

Al fin y al cabo, vemos que las tormentas de polvo comienzan en un periodo de horas/días, cubren el planeta hasta un mes, luego se calman de nuevo en un periodo de horas/días y vuelven a los patrones normales de clima despejado - claramente esto no lleva cientos de millones de años para acumular una reacción en cadena de polvo en el viento.

Todo lo que se dice sobre las partículas de polvo que rebotan en el suelo y que inician reacciones en cadena suena a especulación defectuosa, ya que se basa en la idea de que no hay suficiente gravedad para mantener el polvo en el suelo, pero de alguna manera hay mucha gravedad cuando el polvo vuelve a chocar con el suelo con la fuerza suficiente para enviar varias partículas de polvo más al aire. Esto parece una máquina de movimiento perpetuo, es decir, una violación de la ley de conservación de la energía.

Como comunidad científica, creo que tenemos que reconocer el hecho de que otras fuerzas deben estar en juego, las fuerzas electromagnéticas en particular. Cualquier explicación basada en el viento que se nos ocurra parece un sinsentido, y las tormentas de polvo y los diablos de polvo se parecen inquietantemente a diversas formaciones de filamentos de plasma electrificados que pueden reproducirse en los laboratorios.

¿Qué piensas, Russell?
¿Y tú qué opinas, StackExchange?

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Russell McMahon Puntos 1022

La fuerza ejercida por un flujo de aire viene dada, en una buena primera aproximación, por la clásica ecuación de arrastre:

Fuerza = 0,5 x Rho x Cd x A x V^2

Rho = densidad del gas
Cd = coeficiente de arrastre con respecto a la placa plana ( 0 < Cd <= 1)
A = área proyectada en relación con el flujo
V = velocidad

Principalmente opinión: Desconozco el tamaño de las partículas del polvo marciano, pero esta información estará disponible, y la ausencia de agua superficial sustancial durante "bastante tiempo" es probable que haya dado lugar a una cantidad sustancial de partículas pequeñas debido a la abrasión impulsada por el viento. Incluso las perturbaciones más pequeñas de las partículas más grandes conducirán a una "molienda" importante después de unos pocos (cientos) millones de años.

Principalmente el hecho: Las fuerzas del "viento" de Marte se verán alteradas en relación con las de la Tierra por la menor densidad debida a la reducción de la presión atmosférica, la mayor densidad por presión debida al CO2 y, en general, las mayores velocidades. Para velocidades conocidas, como las citadas en su ejemplo, será posible calcular la fuerza resultante por área en comparación con las de los vientos terrestres típicos.

El viento es casi totalmente térmico. La insolación marciana es bien conocida y se dispondrá de modelos de la velocidad del viento marciano.

En la literatura más antigua se han sugerido velocidades de "viento" marciano de cientos de km/h. Como la fuerza aumenta con la velocidad al cuadrado, la atmósfera de CO2 de baja presión necesita ~~= 10 x la velocidad del viento terrestre para ejercer la misma fuerza por área. Así que un viento marciano de 200 km/h ejercería aproximadamente la misma fuerza por área que un viento terrestre de 20 km/h. Sin comprobar las referencias, parece que es un valor bajo para una perturbación sustancial del polvo, pero suficiente para causar remolinos y algún movimiento de polvo. Si lo aumentas a 300 km/h, probablemente tendrás una tormenta de polvo. Sobre todo si las "partículas" son tan finas como cabría esperar del entorno.

Sin embargo, estas velocidades están por encima de las registradas hasta ahora.
Por lo tanto, ver a continuación -


Buen debate sobre los mecanismos y la magnitud - citas de Nathan Bridges, científico planetario de la Universidad Johns Hopkins, y de Jasper Kok, del departamento de Ciencias de la Tierra y la Atmósfera de la Universidad de Cornell.

  • Los científicos sospechan que hace falta un gran viento para que las partículas de arena salgan al aire, pero una vez lanzadas desde la superficie, rebotan con facilidad, gracias a la fina atmósfera del planeta y a su baja gravedad.

    "Es como jugar al golf en la Luna: (la arena) llega muy alto y lejos en comparación con lo que hace en la Tierra. Cuando aterriza, puede alcanzar velocidades realmente grandes -incluso con velocidades de viento bajas- y salpicar un montón de otras partículas para mantener el proceso".

    Una vez que la arena se pone en movimiento en Marte, la velocidad del viento puede reducirse en un factor de 10 y seguir siendo lo suficientemente fuerte como para transportar tanta arena como la que se mueve en muchos lugares de la Tierra, muestra el nuevo estudio.

y

  • "Mostramos un mecanismo en el que esta arena soplada puede realmente erosionar la roca, puede erosionar los paisajes. Puede ser un proceso bastante activo en el entorno actual", dijo Bridges a Discovery News.

    "Hasta hace unos años, no se sabía con certeza cuánto se movían las dunas de arena en Marte, o incluso si se movían", añadió Bridges.

Buen debate de nivel populista sugiere que el movimiento de arena por el viento es mayor de lo que se esperaba.

Space.com - Buena discusión aquí - Se dice que se necesitan 130 km/h para el movimiento de la arena.

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