Os mundos oceânicos são corpos planetários que possuem um oceano líquido, geralmente sob uma concha gelada ou no interior rochoso. No nosso próprio Sistema Solar, várias luas de Júpiter e Saturno são mundos oceânicos. Acredita-se que alguns mundos oceânicos tenham circulação hidrotérmica, onde água, rochas e calor se combinam para conduzir fluidos para dentro e para fora do fundo do mar. A circulação hidrotérmica teria impacto na química da água e das rochas dos mundos oceânicos e poderia ajudar a vida a desenvolver-se nas profundezas da superfície gelada. Num novo estudo, investigadores planetários utilizaram simulações computacionais da circulação hidrotérmica, baseadas num sistema bem compreendido na Terra, para medir a influência da gravidade mais baixa em valores apropriados para mundos oceânicos mais pequenos do que o nosso planeta natal. As simulações com a gravidade do mundo oceânico (menor) resultam em uma circulação de fluidos muito semelhante à que ocorre no fundo do mar da Terra e abaixo dele, mas com várias diferenças importantes. A gravidade mais baixa reduz a flutuabilidade, de modo que os fluidos não se tornam tão leves quando aquecidos, e isso reduz as taxas de fluxo. Isto pode aumentar a temperatura no fluido circulante, o que poderia permitir reações químicas mais extensas, talvez incluindo aquelas que sustentam a vida.
Este gráfico ilustra como os cientistas da Cassini pensam que a água interage com as rochas no fundo do oceano de Encélado, produzindo gás hidrogénio. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute.
Os sistemas rocha-calor-fluido foram descobertos no fundo do mar da Terra na década de 1970, quando os cientistas observaram a descarga de fluidos que transportavam calor, partículas e produtos químicos.
Muitos locais de fontes foram cercados por novos ecossistemas, incluindo tapetes bacterianos especializados, vermes tubulares vermelhos e brancos e camarões sensíveis ao calor.
No novo estudo, o professor Andrew Fisher, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, e colegas usaram um modelo computacional complexo baseado na circulação hidrotermal conforme ocorre na Terra.
Depois de alterar variáveis como gravidade, calor, propriedades das rochas e profundidade de circulação de fluidos, eles descobriram que as fontes hidrotermais poderiam ser sustentadas sob uma ampla gama de condições.
Se estes tipos de fluxos ocorrerem num mundo oceânico, como a lua de Júpiter, Europa, poderão aumentar as probabilidades de que também exista vida lá.
“Este estudo sugere que sistemas hidrotérmicos de baixa temperatura – não muito quentes para a vida – poderiam ter sido sustentados em mundos oceânicos além da Terra em escalas de tempo comparáveis às necessárias para que a vida se instalasse na Terra”, disse o professor Fisher.
O sistema de circulação da água do mar no qual os investigadores basearam os seus modelos computacionais foi encontrado num fundo marinho com 3,5 milhões de anos, no noroeste do Oceano Pacífico, a leste da cordilheira Juan de Fuca.
Lá, a água fria do fundo flui através de um vulcão extinto (monte submarino), viaja no subsolo por cerca de 30 milhas (48,3 km) e depois flui de volta para o oceano através de outro monte submarino.
“A água acumula calor à medida que flui e sai mais quente do que quando entrou, e com uma química muito diferente”, Kristin Dickerson, Ph.D. candidato na Universidade da Califórnia, Santa Cruz.
“O fluxo de um monte submarino para outro é impulsionado pela flutuabilidade, porque a água fica menos densa à medida que aquece e mais densa à medida que esfria”, acrescentou o professor Fisher.
“Diferenças na densidade criam diferenças na pressão do fluido na rocha, e o sistema é sustentado pelos próprios fluxos – funcionando desde que seja fornecido calor suficiente e as propriedades da rocha permitam a circulação de fluido suficiente. Chamamos isso de sifão hidrotérmico.”
“Embora os sistemas de ventilação de alta temperatura sejam impulsionados principalmente pela atividade vulcânica submarina, um volume muito maior de fluido flui para dentro e para fora do fundo do mar da Terra em temperaturas mais baixas, impulsionado principalmente pelo resfriamento de fundo do planeta.”
“O fluxo de água através da ventilação de baixa temperatura é equivalente, em termos da quantidade de água descarregada, a todos os rios e riachos da Terra, e é responsável por cerca de um quarto da perda de calor da Terra.”
“Todo o volume do oceano é bombeado para dentro e para fora do fundo do mar a cada meio milhão de anos.”
Muitos estudos anteriores de circulação hidrotérmica em Europa e Encélado consideraram fluidos de temperaturas mais altas.
“Desenhos animados e outros desenhos geralmente retratam sistemas no fundo do mar que se parecem com fumaça negra na Terra. Fluxos de temperaturas mais baixas têm pelo menos a mesma probabilidade de ocorrer, se não mais prováveis”, disse a Dra. Donna Blackman, também da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz.
As descobertas mostram que, sob gravidade muito baixa — como a encontrada no fundo do mar de Encélado — a circulação pode continuar com temperaturas baixas a moderadas durante milhões ou milhares de milhões de anos.
Isto poderia ajudar a explicar como pequenos mundos oceânicos podem ter sistemas de circulação de fluidos de longa duração abaixo dos seus fundos marinhos, mesmo que o aquecimento seja limitado: a baixa eficiência da extracção de calor poderia levar a uma longevidade considerável – essencialmente, ao longo da vida do Sistema Solar.
Os cientistas reconhecem a incerteza de quando os fundos marinhos dos mundos oceânicos serão diretamente observados quanto à presença de sistemas hidrotermais ativos.
A sua distância da Terra e as características físicas apresentam grandes desafios técnicos para as missões de naves espaciais.
“Assim, é essencial aproveitar ao máximo os dados disponíveis, muitos deles coletados remotamente, e aproveitar a compreensão de décadas de estudos detalhados de sistemas analógicos da Terra”, concluíram os autores.
Deles papel foi publicado no Jornal de Pesquisa Geofísica: Planetas.
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AT Fisher e outros. 2024. Sustentação da circulação hidrotérmica com gravidade relevante para mundos oceânicos. Jornal de Pesquisa Geofísica: Planetas 129 (6): e2023JE008202; doi: 10.1029/2023JE008202
