Una trampa fría es un concepto en las ciencias planetarias que describe un área lo suficientemente fría como para congelar (atrapar) volátiles . Pueden existir trampas de frío en las superficies de cuerpos sin aire o en las capas superiores de una atmósfera adiabática. En los cuerpos sin aire, los hielos atrapados dentro de las trampas frías pueden permanecer allí durante períodos geológicos, permitiéndonos vislumbrar el sistema solar primordial. En atmósferas adiabáticas, las trampas de frío evitan que los volátiles (como el agua) escapen de la atmósfera al espacio.
La oblicuidad (inclinación axial) de algunos cuerpos planetarios sin aire del 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 proyectarán sombras persistentes que pueden sobrevivir durante períodos de tiempo geológicos (millones o miles de millones de años). [1] La ausencia de atmósfera impide la mezcla por convección , lo que hace que estas sombras sean extremadamente frías. [2] Si las moléculas de volátiles como el hielo de agua viajan hacia estas sombras permanentes, quedarán atrapadas durante períodos de tiempo geológicos. [3]
Como estas sombras no reciben insolación , la mayor parte del calor que reciben se dispersa y emite radiación desde la topografía circundante. Generalmente, la conducción de calor horizontal desde áreas adyacentes más cálidas puede despreciarse debido a la alta porosidad y, por lo tanto, a 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 junto con modelos de conducción de calor vertical 1D. [4] [2] En algunos casos, como los cráteres en forma de cuenco, es posible obtener una expresión para la temperatura de equilibrio de estas sombras. [5]
Además, un orbitador puede detectar remotamente las temperaturas (y por lo tanto la estabilidad) de las trampas frías. Las temperaturas de las trampas de frío lunares han sido ampliamente estudiadas por el radiómetro Lunar Reconnaissance Orbiter Diviner . [6] En Mercurio, se han obtenido pruebas de depósitos de hielo dentro de trampas frías mediante radar, [7] reflectancia [8] [9] e imágenes visibles. [10] En Ceres, la nave espacial Dawn ha detectado trampas frías . [11]
En la ciencia atmosférica , una trampa de frío es una capa de la atmósfera que es sustancialmente más fría que las capas más profundas y superiores. Por ejemplo, en la troposfera de la Tierra, la temperatura del aire desciende al aumentar la altura hasta llegar a un punto bajo (a unos 20 kilómetros de altura). Esta región se llama trampa fría porque atrapa gases ascendentes con altos puntos de ebullición, obligándolos a regresar a la Tierra. [ cita necesaria ]
Para las formas de vida biológicas en la Tierra, el gas más importante que se debe conservar 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 la vida imposible. La trampa fría retiene una décima parte del agua de la atmósfera en forma de vapor a gran altura. La trampa de frío de la Tierra es también 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 elimina la intensidad ultravioleta. [ cita necesaria ]
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 sus historias. [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 de frío en la atmósfera terrestre, la Tierra en realidad está perdiendo agua hacia el espacio a un ritmo de sólo 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 al ritmo actual de aumento del nivel del mar a un ritmo de 3 milímetros cada año debido al actual cambio climático causado por el hombre 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 toda su agua desapareciera (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 los próximos años). A corto plazo, ya que una atmósfera más cálida puede retener más humedad y, por lo tanto, aumentar la cantidad de dicho vapor de agua que regresa como precipitación, ya que incluso entonces la trampa fría evitará que dicho vapor de agua se pierda en el espacio y, por lo tanto, la atmósfera de la Tierra todavía está demasiado fría. que esto suceda), aunque el eventual calentamiento del Sol a medida que envejece sólo debilitará la trampa fría durante los próximos mil millones de años al calentar aún más la atmósfera de la Tierra, lo que empuja la trampa fría aún más hacia la atmósfera y, por lo tanto, causa que pierda la capacidad de impedir que los rayos UV del Sol vuelvan a disociar el vapor de agua en hidrógeno y oxígeno y que el primero escape al espacio, lo que provocaría que la Tierra perdiera sus océanos en favor del espacio dentro de aproximadamente mil millones de años, mucho antes El Sol finalmente se expande hasta convertirse en una gigante roja.
Como señalaron Peter Ward y Donald Brownlee en su libro The Life and Death of Planet Earth , el proceso actual de pérdida real de océanos sólo fue documentado dos veces, primero durante la misión lunar Apolo 16 (aunque por accidente, lo que implicó la misión de astronautas que observan 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 realizados mientras estaban a bordo del transbordador espacial.
Titán , la luna de Saturno , tiene una trampa fría muy débil que sólo es capaz de retener una parte del 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 falle la trampa fría de la Tierra, con metano en lugar de agua y productos de hidrocarburos de la fotoquímica en lugar de oxígeno y ozono. [14]
Se cree que en Ganímedes funcionan trampas frías para el oxígeno . [15]