Una trampa fría es un concepto de las ciencias planetarias que describe una zona lo suficientemente fría como para congelar (atrapar) sustancias volátiles . Las trampas frías pueden existir en las superficies de cuerpos sin aire o en las capas superiores de una atmósfera adiabática. En los cuerpos sin aire, los hielos atrapados en el interior de las trampas frías pueden permanecer allí durante períodos geológicos, lo que nos permite echar un vistazo al sistema solar primigenio. En las atmósferas adiabáticas, las trampas frías impiden que las sustancias volátiles (como el agua) escapen de la atmósfera hacia el espacio.
La oblicuidad (inclinación axial) de algunos cuerpos planetarios sin aire en el Sistema Solar, como Mercurio , la Luna y Ceres, es muy cercana a cero. Harold Urey fue el primero en observar que las depresiones o cráteres ubicados cerca de los polos de estos cuerpos proyectan sombras persistentes que pueden sobrevivir durante períodos geológicos (millones a miles de millones de años). [1] La ausencia de una atmósfera impide la mezcla por convección , lo que hace que estas sombras sean extremadamente frías. [2] Si las moléculas de sustancias volátiles, como el hielo de agua, viajan hacia estas sombras permanentes, quedarán atrapadas durante períodos geológicos. [3]
Como estas sombras no reciben insolación , la mayor parte del calor que reciben se dispersa y emite radiación desde la topografía circundante. Por lo general, la conducción de calor horizontal desde áreas más cálidas adyacentes se puede descuidar debido a la alta porosidad y, por lo tanto, la baja conductividad térmica de las capas superiores de los cuerpos sin aire. En consecuencia, las temperaturas de estas sombras permanentes se pueden modelar utilizando algoritmos de proyección de rayos o trazado de rayos acoplados a modelos de conducción de calor vertical 1D. [4] [2] En algunos casos, como los cráteres con forma de cuenco, es posible obtener una expresión para la temperatura de equilibrio de estas sombras. [5]
Además, las temperaturas (y por lo tanto la estabilidad) de las trampas frías pueden ser detectadas remotamente por un orbitador. Las temperaturas de las trampas frías lunares han sido ampliamente estudiadas por el radiómetro Diviner del Lunar Reconnaissance Orbiter . [6] En Mercurio, se han obtenido evidencias de depósitos de hielo dentro de las trampas frías mediante radar [7] , reflectancia [8] [9] e imágenes visibles. [10] En Ceres, la sonda espacial Dawn ha detectado trampas frías . [11]
En la ciencia atmosférica , una trampa fría es una capa de la atmósfera que es sustancialmente más fría que las capas más profundas y más altas. Por ejemplo, en la troposfera de la Tierra, la temperatura del aire desciende a medida que aumenta la altura y alcanza un punto bajo (a unos 20 kilómetros de altura). Esta región se denomina trampa fría porque atrapa los gases ascendentes con puntos de ebullición altos, obligándolos a volver a caer a la Tierra. [ cita requerida ]
Para las formas de vida biológica en la Tierra, el gas más importante que debe conservarse de esa manera es el vapor de agua . Sin la presencia de una trampa de frío en la atmósfera, el contenido de agua se escaparía gradualmente al espacio, haciendo imposible la vida. La trampa de frío retiene una décima parte del uno por ciento del agua en la atmósfera en forma de vapor a grandes altitudes. La trampa de frío de la Tierra también es una capa por encima de la cual la intensidad ultravioleta es fuerte, ya que más arriba la cantidad de vapor de agua es insignificante. El oxígeno filtra la intensidad ultravioleta. [ cita requerida ]
Algunos astrónomos creen que la falta de una trampa fría es la razón por la que los planetas Venus y Marte perdieron la mayor parte de su agua líquida al principio de su historia. [12] La trampa fría de la Tierra se encuentra a unos 12 km sobre el nivel del mar, muy por debajo de la altura en la que el vapor de agua se dividiría permanentemente en hidrógeno y oxígeno por los rayos UV solares y el primero se perdería irreversiblemente en el espacio. Debido a la trampa fría en la atmósfera de la Tierra, la Tierra en realidad está perdiendo agua al espacio a un ritmo de solo 1 milímetro de océano cada 1 millón de años, lo cual es demasiado lento para afectar los cambios en los niveles del mar en cualquier escala de tiempo relevante para los humanos, en comparación con la tasa actual de aumento del nivel del mar a un ritmo de 3 milímetros cada año debido al cambio climático continuo causado por los humanos que derrite los casquetes polares combinado con la expansión térmica del agua de mar. A ese ritmo, se necesitarían billones de años, mucho más que la esperanza de vida de la Tierra, para que desapareciera toda su agua (esta es también la razón por la que, debido al cambio climático causado por el hombre, los fenómenos meteorológicos extremos como huracanes e inundaciones se intensificarán en el corto plazo, ya que una atmósfera más cálida puede contener más humedad y, por lo tanto, aumentar la cantidad de dicho vapor de agua que regresa como precipitación , ya que incluso entonces la trampa de frío seguirá impidiendo que dicho vapor de agua se pierda en el espacio y, por lo tanto, la atmósfera de la Tierra sigue siendo demasiado fría para que eso suceda), aunque el calentamiento final del Sol a medida que envejece solo debilitará la trampa de frío durante los próximos mil millones de años al hacer que la atmósfera de la Tierra sea aún más cálida, lo que empuja la trampa de frío aún más alto en la atmósfera y, por lo tanto, hace que pierda la capacidad de evitar que el vapor de agua se disocie nuevamente en hidrógeno y oxígeno por los rayos UV del Sol y el primero escape al espacio, lo que lleva a que la Tierra finalmente pierda sus océanos en el espacio en aproximadamente mil millones de años, mucho antes de que el Sol finalmente se expanda en un gigante rojo.
Como señalan Peter Ward y Donald Brownlee en su libro La vida y la muerte del planeta Tierra , el proceso actual de pérdida real de océanos solo se documentó dos veces, primero durante la misión Apolo 16 a la Luna (aunque por accidente, lo que implicó que los astronautas de la misión observaran la Tierra a través de una cámara Carruthers única que fue creada y utilizada solo una vez, para esa misión en particular, ya que dicho proceso solo se puede ver bajo luz ultravioleta y desde la Luna, debido a que carece de una atmósfera que bloquee dicha luz ultravioleta), y nuevamente durante la década de 1990 a través de estudios de astronautas tomados a bordo del transbordador espacial.
La luna Titán de Saturno tiene una trampa fría muy débil que solo es capaz de retener parte de su metano atmosférico. [13] Por lo tanto, se ha sugerido que Titán es el análogo más cercano a cómo se verá la atmósfera de la Tierra cuando la trampa fría de la Tierra falle, con metano en lugar de agua y productos de hidrocarburos de la fotoquímica en lugar de oxígeno y ozono. [14]
Se cree que las trampas frías funcionan para el oxígeno en Ganímedes . [15]