As riscas vermelhas que cruzam a superfície de Europa, uma das luas de Júpiter, são impressionantes. Os cientistas suspeitam que se trata de uma mistura de gelada de água e sais, mas a sua assinatura química é misteriosa porque não corresponde a nenhuma substância conhecida na Terra.

Uma equipa internacional liderada pela Universidade de Washington pode ter resolvido o puzzle com a descoberta de um novo tipo de cristal sólido que se forma quando a água e o sal de mesa se combinam em condições frias e de alta pressão. Os investigadores pensam que a nova substância criada num laboratório na Terra poderia formar-se na superfície e no fundo dos oceanos profundos destes mundos.

O estudo, publicado na semana de 20 de fevereiro na revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), anuncia uma nova combinação para duas das substâncias mais comuns da Terra: água e cloreto de sódio, ou sal de mesa.

"É raro hoje em dia haverem descobertas fundamentais na ciência", disse o autor principal Baptiste Journaux, professor assistente de Ciências da Terra e do Espaço na Universidade de Washington. "O sal e a água são muito bem conhecidos nas condições da Terra. Mas, para além disso, estamos totalmente às escuras. E agora temos estes objetos planetários que provavelmente têm compostos que nos são muito familiares, mas em condições muito exóticas. Temos que refazer toda a ciência mineralógica fundamental feita no século XIX, mas a alta pressão e baixa temperatura. Vivemos tempos excitantes".

Esta imagem mostra o hidrato recém-descoberto que tem duas moléculas de cloreto de sódio por cada 17 moléculas de água. Este cristal formou-se a altas pressões mas permanece estável a condições frias e de baixa pressão.
Crédito: Journaux et al./PNAS

A temperaturas baixas, a água e os sais combinam-se para formar uma rede rígida, salgada e gelada, conhecida como hidrato, mantida no lugar por ligações de hidrogénio. O único hidrato de cloreto de sódio anteriormente conhecido era uma estrutura simples com uma molécula de sal para cada duas moléculas de água.

Mas os dois novos hidratos, encontrados a pressões moderadas e a baixas temperaturas, são surpreendentemente diferentes. Um tem dois cloretos de sódio para cada 17 moléculas de água; o outro tem um cloreto de sódio para cada 13 moléculas de água. Isto explicaria porque é que as assinaturas da superfície das luas de Júpiter são mais "aquosas" do que o esperado.

"Tem a estrutura que os cientistas planetários têm estado à espera", disse Journaux.

A descoberta de novos tipos de gelo salgado tem importância não só para a ciência planetária, mas também para a química física e mesmo para a investigação energética, que utiliza hidratos para o armazenamento de energia, disse Journaux.

Os investigadores descobriram dois novos cristais feitos de água e sal de mesa a baixas temperaturas, abaixo de aproximadamente -50º C. A estrutura anteriormente conhecida (esquerda) tem uma molécula de sal (bolas amarelas e verdes) por cada duas moléculas de água (bolas vermelhas e cor-de-rosa). Os raios-X permitem aos investigadores determinar a posição de átomos individuais nas novas estruturas. A estrutura central tem duas moléculas de cloreto de sódio por cada 17 moléculas de água e mantém-se estável mesmo que a pressão caia para perto do vácuo, como existiria numa superfície lunar. A estrutura da direita tem uma molécula de cloreto de sódio por cada 13 moléculas de água e é estável apenas a alta pressão.
Crédito: Baptiste Journaux/Universidade de Washington

A experiência envolveu a compressão de um bocadinho de água salgada em instalações sincrotrão na França, na Alemanha e nos EUA entre dois diamantes do tamanho de um grão de areia, comprimindo o líquido até 25.000 vezes a pressão atmosférica padrão. Os diamantes transparentes permitiram à equipa observar o processo através de um microscópio.

"Estávamos a tentar medir como a adição de sal iria alterar a quantidade de gelo que poderíamos obter, uma vez que o sal atua como anticongelante", disse Baptiste. "Surpreendentemente, quando exercemos pressão, o que vimos é que estes cristais, que não esperávamos, começaram a crescer. Foi uma descoberta muito fortuita".

Tais condições frias e de alta pressão criadas no laboratório seriam comuns nas luas de Júpiter, onde os cientistas pensam que 5 a 10 quilómetros de gelo cobrem oceanos com até várias centenas de quilómetros de espessura, com formas ainda mais densas de gelo possíveis no fundo.

"A pressão apenas aproxima as moléculas, pelo que a sua interação muda - este é o principal motor da diversidade nas estruturas cristalinas que encontramos", disse Journaux.

Uma vez formados os hidratos recentemente descobertos, uma das duas estruturas permaneceu estável mesmo depois da pressão ter sido libertada.

Esta imagem mostra riscas brancas na superfície de Ganimedes, a maior das luas de Júpiter. A descoberta de novos tipos de gelo salgado poderá explicar o material nestas riscas e fornecer pistas sobre a composição do oceano coberto de gelo de Ganimedes.
Crédito: NASA/JPL/JUNO

"Determinámos que se mantém estável à pressão normal até cerca de -50º C. Assim, se tivermos um lago muito salgado, por exemplo na Antártida, que possa estar exposto a estas temperaturas, este hidrato recém-descoberto poderá lá estar presente", disse Journaux.

A equipa espera fazer ou recolher uma amostra maior para permitir uma análise mais completa e verificar se as assinaturas das luas geladas correspondem às assinaturas dos hidratos recém-descobertos.

Duas missões vão em breve explorar as luas geladas de Júpiter: a JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) da ESA, com lançamento previsto para o próximo mês de abril, e a Europa Clipper da NASA, com lançamento previsto para outubro de 2024. A missão Dragonfly da NASA será lançada para a lua de Saturno, Titã, em 2026. Saber que elementos químicos estas missões vão encontrar vai ajudar a melhor orientar a sua busca por assinaturas de vida.

"Estes são os únicos corpos planetários, além da Terra, onde a água líquida é estável em escalas geológicas de tempo, o que é crucial para o aparecimento e desenvolvimento da vida", disse Journaux. "São, na minha opinião, o melhor lugar no nosso Sistema Solar para descobrir vida extraterrestre, pelo que precisamos de estudar os seus oceanos e interiores exóticos para compreender melhor como se formaram, evoluíram e como podem reter água líquida nas regiões frias do Sistema Solar, tão afastadas do Sol".

// Universidade de Washington (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (PNAS)

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