Ravinas sinuosas nas dunas de Marte: o papel do gelo seco e da sublimação

Estranhas ravinas ondulantes, traçadas como serpentes nas dunas de Marte, estão finalmente a revelar como se formam.

Novas experiências indicam que estes sulcos são escavados pela sublimação explosiva de gelo seco: o dióxido de carbono sólido enterra-se pela encosta abaixo, como uma toupeira, e vai projetando areia à medida que avança. Estes resultados dão, por fim, resposta a todos os traços invulgares destes “rabiscos” marcianos.

“Parecia que estava a ver os vermes da areia do filme Dune”, afirma a cientista da Terra Lonneke Roelofs, da Universidade de Utrecht, nos Países Baixos.

Um enigma desde 1999 nas dunas de Marte

As ravinas que descem pelas dunas de Marte intrigam os cientistas desde que foram identificadas pela primeira vez, em 1999. Durante algum tempo, a explicação mais popular ligou a sua formação a escoamentos sazonais de água. Contudo, hoje sabe-se que não há evidências de água líquida a correr à superfície de Marte - e também não parece provável que essas evidências surjam num futuro próximo.

Ainda assim, em 2013, foi apresentada uma alternativa: esses canais poderiam ter sido escavados por gelo de dióxido de carbono, ou gelo seco, ao sublimar enquanto deslizava pelas dunas.

As primeiras experiências mostraram que o mecanismo era plausível, mas não conseguiam reproduzir todas as características vistas nas ravinas marcianas - em especial, a sinuosa forma de “cobra”.

A câmara de Marte e as experiências com gelo seco (CO₂)

Roelofs e os seus colegas não ficaram satisfeitos com essa lacuna. Em trabalhos anteriores, tinham recorrido à câmara de Marte da Universidade Aberta do Reino Unido - um ambiente selado que simula condições marcianas - para demonstrar como o CO₂ pode impulsionar escoamentos de massa em paredes íngremes de crateras.

Para resolver o caso das ravinas, voltaram a usar a mesma câmara.

Após ajustarem o equipamento para imitar o ar rarefeito e frio de Marte, a equipa largou blocos de gelo seco sobre encostas de areia com diferentes inclinações e diferentes tamanhos de grão, registando tudo com câmaras de alta velocidade.

Os ensaios revelaram que, em encostas mais inclinadas do que 25 graus, o gelo deslizava apoiado numa “almofada” de gás e deixava um rasto pouco definido - tal como já se tinha observado antes. Porém, quando a inclinação era mais suave, abaixo de 22.5 graus, o gelo começava a enterrar-se parcialmente na areia.

Uma vez enterrado, o gelo seco, ao sublimar, ejectava a areia de forma balística, gerando precisamente as formas vistas nas ravinas de Marte.

Em concreto, estas marcas - que nunca tinham sido reproduzidas na Terra - incluíam a sinuosidade do trajecto, diques laterais altos e bem definidos, e uma pequena “bolsa” no final do rasto.

“Nós experimentámos várias abordagens, simulando uma encosta de duna com diferentes ângulos de inclinação. Deixámos um bloco de gelo de CO₂ cair do topo da encosta e observámos o que acontecia”, explica Roelofs.

“Depois de encontrarmos a inclinação certa, finalmente vimos resultados. O bloco de gelo de CO₂ começou a escavar a encosta e a deslocar-se para baixo tal como uma toupeira a escavar ou como os vermes da areia de Dune. Foi um espectáculo muito estranho!”

Porque é que a sublimação provoca explosões de areia

O gelo seco é translúcido, o que significa que a radiação óptica e a radiação infravermelha não se limitam a reflectir na superfície: conseguem penetrar no interior do gelo. Já a areia ou a rocha por baixo tende a ser mais escura, absorvendo mais radiação e voltando a emiti-la sob a forma de energia térmica (infravermelha).

Com o bloco de gelo por cima, esse calor fica retido e não se dissipa com facilidade. À medida que a face inferior do gelo aquece, passa directamente para gás - um processo conhecido como sublimação. Sem uma via de escape, o gás acumula-se até rebentar para o exterior, projectando a areia circundante com força considerável.

Simulações para Marte: gravidade, blocos maiores e alcance da areia

Para perceber se o que observaram no laboratório poderia ser ampliado até às dimensões reais das ravinas marcianas, os investigadores fizeram simulações que incorporavam blocos de gelo maiores e a gravidade de Marte.

Os resultados indicaram que blocos em sublimação com até um metro (3.3 pés) de espessura conseguem lançar areia até 13 metros no planeta vermelho, o que reproduz facilmente as ravinas observadas. Os dados também ajudam a esclarecer por que motivo estas ravinas surgem apenas em encostas de grão fino: é nesses declives que o mecanismo funciona.

A atmosfera marciana é rica em CO₂ e, no inverno, pode formar uma camada de gelo sobre campos de dunas em latitudes médias, com uma espessura de até 70 centímetros.

“Na primavera, este gelo começa a aquecer e a sublimar. Os últimos vestígios ficam no lado sombreado do topo das dunas, e é aí que os blocos se desprendem quando a temperatura sobe o suficiente”, diz Roelofs.

“Quando os blocos chegam ao fundo da encosta e deixam de se mover, o gelo continua a sublimar até todo o CO₂ evaporar. O que fica é uma cavidade na areia, no sopé da duna.”

Próximos passos: variar blocos e tipos de areia

A equipa quer agora repetir as experiências com blocos de gelo maiores e com diferentes tipos de areia, para observar o que muda quando ajustam os parâmetros.

“Marte é o nosso vizinho mais próximo. É o único planeta rochoso perto da ‘zona verde’ do nosso Sistema Solar. Esta zona está exactamente à distância certa do Sol para permitir a presença de água líquida, que é um pré-requisito para a vida. Por isso, questões sobre a origem da vida e a possível vida extraterrestre poderão ser resolvidas aqui”, conclui Roelofs.

“Além disso, investigar a formação de estruturas paisagísticas noutros planetas é uma forma de sair dos enquadramentos usados para pensar a Terra. Isso permite colocar perguntas ligeiramente diferentes, que, por sua vez, podem trazer novas pistas sobre processos no nosso planeta.”

A investigação foi publicada na revista Cartas de Investigação Geofísica.