La formación del planeta que habitamos tuvo diversas fases que explican la abundancia relativa de los diferentes elementos químicos en cada una de sus estructuras.
Hace unos 6.000 millones de años, la Tierra era una masa fundida de material interestelar. Esto permitió que, debido a la gravedad, los materiales más densos (fundamentalmente Hierro en un 70%, junto a menores cantidades de Níquel, Iridio y otros elementos pesados) se hundieran lentamente hacia el centro.
Mientras, los más ligeros flotaron hacia la corteza, cuya composición aproximada es la siguiente:
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| http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Distribucion_en_peso_de_los_elementos.jpg |
Oxígeno (en forma de óxidos y sales aniónicas), Silicio, Aluminio, Hierro, Calcio/Estroncio, Magnesio, Sodio y Potasio dan cuenta del 99,2% de la corteza terrestre.
Notar la relativa escasez de un elemento fundamental como es el Carbono, menos del 0,8%, y sin embargo toda la vida del planeta es posible sólo gracias a él.
Los elementos químicos más ligeros, hasta el Hierro (número atómico 26) se forman rutinariamente en las estrellas, mediante la fusión sucesiva de núcleos de Hidrógeno y Helio a grandes presiones y temperaturas de varios millones de grados (un proceso que se intenta replicar a menor escala en nuestro planeta en los reactores de fusión) lo que explica su mayor abundancia relativa en el Universo en general y en nuestro planeta en particular. De todas formas, son extraordinariamente escasos: Se estima que un 98% del Universo es Hidrógeno, y un 99,99%, Hidrógeno +Helio.
Los otros elementos químicos más densos, como el Plomo o el Uranio, no se forman fácilmente, pues requieren temperaturas y presiones que no se dan ni siquiera en el núcleo de las estrellas más grandes.
Se piensa que su formación tiene lugar en eventos muy especiales que ocurren esporádicamente y liberan cantidades de energía fabulosas: las explosiones de estrellas supergigantes (supernovas) cuando éstas llegan al final de su ciclo de vida.
El hecho de que en nuestro planeta, aunque raros, se encuentren elementos como el Plomo, el Oro o el Uranio, muestra que la nube de materia a partir de la cual se formó el sistema solar debió “barrer” una o más regiones de la galaxia regadas con escombros de supernovas, o quizá que una explosión de supernova cercana y su correspondiente onda expansiva fueron los desencadenantes de la formación del Sistema Solar.
Los elementos más pesados o son muy raros en la Tierra o son propensos a la combinación química con elementos más ligeros, y por tanto permanecen en la superficie. En cierto sentido, somos afortunados por vivir en un planeta en el que existan trazas de estos elementos y que se hayan mantenido en la superficie del mismo, a nuestro alcance.
La Tierra es el planeta más denso del Sistema Solar. Recordemos esto para más adelante.
La minería terrestre¿Qué tipo de materiales esperamos encontrar entonces en la minería terrestre?
De la discusión anterior, concluimos que elementos ligeros (hasta el Hierro) y trazas de elementos pesados que se encuentren en combinación con otros elementos ligeros (óxidos, sulfatos, hidróxidos, carbonatos, nitratos…etc.).
La actividad tectónica de nuestro planeta, con un magma fundido que emerge esporádicamente en forma de volcanes y cordilleras dorsales, trae a la superficie nuevas hornadas de materiales pesados que son susceptibles de ser aprovechados.
Sin embargo, el ritmo de extracción de las menas conocidas es tan alto que en pocos años habremos agotado buena parte de ellas y estaremos a expensas de encontrar nuevos yacimientos.
Un ejemplo paradigmático es la mena de Uranio:
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| http://ourfiniteworld.com/2011/07/05/uranium-supply-update/ |
Así, dado que las posibilidades que ofrece nuestro entorno son limitadas, quizá en breve empecemos a experimentar “cuellos de botella” provocados por la incapacidad de aumentar la extracción de ciertos elementos críticos: Molibdeno y Wolframio para aleaciones, Lantano y tierras raras para componentes electrónicos miniaturizados, Uranio para instalaciones nucleares, Tantalio (quién no ha oído hablar de la guerra del “coltan”)…etc. son candidatos a protagonizar conflictos en el futuro.
La minería extraterrestreCon las limitaciones anteriores, se nos puede ocurrir la idea obvia: ¿por qué no buscar fuera?
Después de todo, sólo en nuestro Sistema Solar hay otros 7 planetas (y multitud de satélites, planetoides y asteroides) en los que quizá encontremos aquellos materiales que empiezan a escasear en el nuestro.
Las obras de ciencia ficción muestran un futuro optimista de sociedades avanzadas embarcadas en grandes proyectos de comercio interplanetario (o, exagerando aún más, intergaláctico!), buscando más allá de sus planetas y estrellas de origen los materiales y la energía necesarios para mantener sus civilizaciones ultra-desarrolladas.
Pero este tipo de aventuras no se parece en nada a algo que hayamos visto o experimentado hasta ahora. Es otra escala de espacios y de tiempos.
Teniendo en cuenta que una Unidad Astronómica (UA), definida como la distancia media de la Tierra al Sol, equivale a 149.597.870 km, estamos hablando de distancias de varios miles de millones de km, que la luz tarda horas en cruzar:
| Planeta | Diámetro ecuatorial | Masa | Radio orbital | Periodo orbital | Periodo de rotación |
| (Tierra=1) | (Tierra=1) | (promedio, UA) | (años) | (días) | |
| Sol |
109,00
|
332 950
|
0,00
|
0,00
|
25-35
|
| Mercurio |
0,38
|
0,06
|
0,38
|
0,24
|
58,60
|
| Venus |
0,95
|
0,82
|
0,72
|
0,62
|
-2431,00
|
| Tierra |
1,00
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
1,00
|
| Marte |
0,53
|
0,11
|
1,52
|
1,88
|
1,03
|
| Júpiter |
11,20
|
318,00
|
5,20
|
11,86
|
0,41
|
| Saturno |
9,41
|
95,00
|
9,54
|
29,46
|
0,43
|
| Urano |
3,98
|
14,60
|
19,22
|
84,01
|
0,72
|
| Neptuno |
3,81
|
17,20
|
30,06
|
164,79
|
0,67
|
A modo de comparación, el ecuador terrestre tiene “sólo” 40.000 km de longitud, 5.000 veces menos. Las sondas Voyager, los objetos más veloces jamás construidos, propulsadas por combustible nuclear y viajando a la increíble velocidad de 17 km/s, tardaron 28 años en alcanzar los límites del Sistema Solar.
Encontrar lo que buscamos en un escenario tan vasto no es fácil.
¿Qué podemos encontrar?
Antes de ponernos a buscar, deberíamos tener una expectativa realista sobre lo que esperamos encontrar. Está claro que la minería extraterrestre no tiene demasiado sentido para minerales de Magnesio, Hierro o Aluminio, cuya abundancia en nuestro planeta es alta (a no ser que el objetivo sea establecer una colonia extraterrestre, pero esto si que es ciencia ficción!).
Con suerte, esperamos encontrar yacimientos con suficiente abundancia de algún elemento raro. ¿Dónde buscaríamos?
En los grandes, no
Podemos descartar los grandes planetas gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) ya que son un 99,99% Hidrógeno y Helio, con un pequeño núcleo rocoso escondido en su interior, inaccesible bajo una gruesa y tempestuosa atmósfera de varios miles de km de grosor.
Quizá sus lunas, pequeñas y rocosas, tengan lo que buscamos. Pero siguen estando muy lejos.
Sólo nos quedan los planetas más cercanos
Mercurio, Venus y Marte son candidatos, igual que nuestra Luna.
Mercurio está demasiado cerca del Sol y es demasiado extremo (350 °C por el día y –170 °C por la noche). No tiene atmósfera y el viento solar (partículas cargadas eléctricamente a velocidades cercanas a la de la luz) destruye rápidamente los aparatos. La sonda Messenger logró llegar hasta el planeta y sobrevivió apenas unas semanas.
Venus, a pesar de su sugerente nombre, es un infierno a más de 400 °C con una atmósfera altamente corrosiva de ácido sulfúrico, 90 veces más densa que la nuestra y sometida a vientos muy fuertes. Las rocas en su superficie se encuentran semifundidas debido al efecto invernadero extremo. No parece un objetivo viable a corto o medio plazo.
La Luna está a una distancia accesible (384.400 km) y ya hemos estado allí varias veces (supuestamente para algunos!).
Su composición es con toda probabilidad, muy similar a la de la corteza terrestre. De hecho, la hipótesis más generalizada hoy en día es que el sistema Tierra-Luna se formó como resultado de un gran impacto: un cuerpo celeste del tamaño de Marte colisionó con la joven Tierra, lanzando gran cantidad de material en órbita alrededor de esta, que sufrió un proceso de agregación para formar la Luna.
Marte, en cambio, es un mundo lejano (800 millones de km en su punto más cercano a nuestro planeta, casi 3.000 veces más que la Luna) y su composición, aunque razonablemente estimada, sigue siendo un misterio.
Mucho menos denso que la Tierra (casi la mitad), es de esperar que abunden sobre todo elementos ligeros, en una proporción incluso mayor que la Tierra. Pero esos elementos son justamente los que no necesitamos.
La extracción
Aunque las técnicas de extracción y procesado podrían ser similares en muchos aspectos a las de la minería terrestre a cielo abierto, hay que tener en cuenta una serie de condicionantes:
- Ni en la Luna ni en Marte disponemos de combustibles fósiles, y mucho menos aire con suficiente oxígeno como para quemarlos. Estaríamos dependiendo de energía solar, eólica o nuclear. Esto implica trasladar, montar y mantener enormes instalaciones termosolares, fotovoltaicas, eólicas o nucleares. La disponibilidad de Cobre (número atómico 28, posterior al Hierro en la tabla periódica y por tanto, escaso) y otros elementos pesados sería un factor seriamente limitante.
- Tampoco disponemos de suficiente agua líquida para el lavado de los materiales y su tratamiento químico. Teniendo en cuenta que los costes de transporte serían mucho más altos (ver el punto siguiente) sería vital conseguir materiales de la máxima pureza posible para mejorar la eficiencia del transporte.
- Otro desafío es el trabajo de construcción y el mantenimiento de las instalaciones, que debería ser realizado por robots con mínima presencia humana y supervisión a distancia. Estamos hablando de robots auto-reparables y con capacidad de decisión (¿inteligentes?). Actualmente no disponemos de esa tecnología. No hay plantas industriales que funcionen durante años sin presencia humana, mucho menos en un entorno tan hostil como la superficie lunar o marciana. ¿Necesitamos tecnología de Star-Trek?
El transporte
La velocidad de escape es una medida de la energía necesaria para poder sacar un objeto fuera del campo gravitatorio de un planeta (lo que es condición necesaria para poder alcanzar otros planetas o satélites).
La velocidad de escape de la Tierra es de 11,2 km/s. La de la Luna 2,4 km/s y la de Marte 5,1 km/s. Traducido a energía por kilogramo de masa (usando la ecuación que da la energía cinética E = m*v^2 / 2 ) nos da lo siguiente (asumiendo un poder calorífico de 46,0 MJ/kg de gasolina y una densidad de 680 g/l).
| Velocidad de escape | Energía de escape | Energía de escape | |
| m/s | J/kg | en litros gasolina /kg | |
| Tierra | 11200 | 62720000 | 2,005 |
| Luna | 2400 | 2880000 | 0,092 |
| Marte | 5100 | 13005000 | 0,416 |
Asumiendo (lo cual es mucho asumir) que toda la energía se aproveche, habría que sumar este 0,1 litro de combustible a cada kg de material traído desde la Luna.
Teniendo en cuenta que el coste de la energía supone de media un 15% de los costes de producción en la industria minera (un dato muy variable, ya que no es lo mismo extraer mineral de Hierro que de Uranio) puede suponer un sobrecoste global de entre el 1% (para la mena de elementos raros, como el mineral de Uranio, con un coste de 130 dólares/kg) hasta un 1000% (para la mena de elementos menos raros, como el Hierro).
Obviando los demás factores, el transporte sería poco condicionante para los recursos escasos, y muy condicionante para los más abundantes. La minería extraterrestre sólo tiene sentido para materiales escasos.
Mención aparte en el transporte merecen los riesgos asociados al transporte de sustancias peligrosas o radiactivas a lo largo de miles de km y su entrada en la atmósfera con velocidades de unos cuantos km/s.
Un pequeño error y el resultado puede ser una lluvia contaminante que abarque miles de km2.
☛ El artículo completo original de Feindesland lo puedes ver aquí
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