Esta ilustración muestra un lago de agua que llena parcialmente el cráter Gale de Marte. Habría sido llenado por la escorrentía de la nieve derretida en el borde norte del cráter. Evidencia de arroyos antiguos, deltas y lagos que el rover Curiosity de la NASA ha encontrado en los patrones de depósitos sedimentarios en Gale sugiere que el cráter contenía un lago como este hace más de tres mil millones de años, llenado y secado en múltiples ciclos durante decenas de millones de años. Crédito:NASA / JPL-Caltech / ESA / DLR / FU Berlin / MSSS
Al estudiar los elementos químicos en Marte en la actualidad, incluidos el carbono y el oxígeno, los científicos pueden trabajar al revés para reconstruir la historia de un planeta que alguna vez tuvo las condiciones necesarias para sustentar la vida.
Tejiendo esta historia elemento por elemento, desde aproximadamente 140 millones de millas (225 millones de kilómetros) de distancia es un proceso laborioso. Pero los científicos no son del tipo que se desanime fácilmente. Los orbitadores y rovers en Marte han confirmado que el planeta alguna vez tuvo agua líquida, gracias a pistas que incluyen cauces secos, costas antiguas, y química de la superficie salada. Usando el Curiosity Rover de la NASA, los científicos han encontrado evidencia de lagos de larga vida. También han desenterrado compuestos orgánicos, o los componentes químicos de la vida. La combinación de agua líquida y compuestos orgánicos obliga a los científicos a seguir buscando en Marte signos de vida pasada o presente.
A pesar de la tentadora evidencia encontrada hasta ahora, la comprensión de los científicos de la historia marciana aún se está desarrollando, con varias cuestiones importantes abiertas para el debate. Para uno, era la antigua atmósfera marciana lo suficientemente densa para mantener el planeta caliente, y así mojado, por la cantidad de tiempo necesaria para brotar y nutrir la vida? Y los compuestos orgánicos:¿son signos de vida o de la química que ocurre cuando las rocas marcianas interactúan con el agua y la luz solar?
En una reciente Astronomía de la naturaleza informe sobre un experimento de varios años realizado en el laboratorio de química dentro del vientre de Curiosity, llamado Análisis de muestras en Marte (SAM), un equipo de científicos ofrece algunas ideas para ayudar a responder estas preguntas. El equipo descubrió que ciertos minerales en las rocas del cráter Gale pueden haberse formado en un lago cubierto de hielo. Estos minerales pueden haberse formado durante una etapa fría intercalada entre períodos más cálidos, o después de que Marte perdiera la mayor parte de su atmósfera y comenzara a enfriarse permanentemente.
Gale es un cráter del tamaño de Connecticut y Rhode Island combinados. Fue seleccionado como el lugar de aterrizaje de Curiosity en 2012 porque tenía signos de agua pasada, incluyendo minerales de arcilla que pueden ayudar a atrapar y preservar moléculas orgánicas antiguas. En efecto, mientras explora la base de una montaña en el centro del cráter, llamado Monte Sharp, La curiosidad encontró una capa de sedimentos 1, 000 pies (304 metros) de espesor que se depositó como barro en lagos antiguos. Para formar tanto sedimento, una cantidad increíble de agua habría fluído hacia esos lagos durante millones o decenas de millones de años cálidos y húmedos. dicen algunos científicos. Pero algunas características geológicas en el cráter también insinúan un pasado que incluía frío, condiciones heladas.
"En algún momento, El entorno de la superficie de Marte debe haber experimentado una transición de ser cálido y húmedo a ser frío y seco. como es ahora, pero exactamente cuándo y cómo ocurrió eso sigue siendo un misterio, "dice Heather Franz, un geoquímico de la NASA con base en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Franz, quién dirigió el estudio SAM, señala que factores como los cambios en la oblicuidad de Marte y la cantidad de actividad volcánica podrían haber causado que el clima marciano alternara entre cálido y frío con el tiempo. Esta idea está respaldada por cambios químicos y mineralógicos en las rocas marcianas que muestran que algunas capas se formaron en ambientes más fríos y otras se formaron en ambientes más cálidos.
En todo caso, dice Franz, la variedad de datos recopilados por Curiosity hasta ahora sugiere que el equipo está viendo evidencia del cambio climático marciano registrado en las rocas.
Este gráfico muestra las rutas por las que se ha intercambiado carbono entre el interior de Marte, rocas superficiales, casquetes polares, aguas y atmósfera, y también describe un mecanismo por el cual se pierde de la atmósfera. Crédito:Lance Hayashida / Caltech
Estrella de carbono y oxígeno en la historia del clima marciano
El equipo de Franz encontró evidencia de un ambiente antiguo frío después de que el laboratorio SAM extrajera los gases dióxido de carbono, o CO 2 , y oxígeno de 13 muestras de polvo y rocas. Curiosity recogió estas muestras en el transcurso de cinco años terrestres (años terrestres frente a años de Marte).
CO 2 es una molécula de un átomo de carbono unido a dos átomos de oxígeno, con el carbono como testigo clave en el caso del misterioso clima marciano. De hecho, este elemento simple pero versátil es tan crítico como el agua en la búsqueda de vida en otros lugares. En la tierra, el carbono fluye continuamente a través del aire, agua, y aflorar en un ciclo bien entendido que depende de la vida. Por ejemplo, las plantas absorben carbono de la atmósfera en forma de CO 2 . En cambio, producen oxigeno, que los humanos y la mayoría de las otras formas de vida usan para respirar en un proceso que termina con la liberación de carbono al aire, de nuevo a través de CO 2 , o en la corteza terrestre cuando las formas de vida mueren y son enterradas.
Los científicos están descubriendo que también hay un ciclo del carbono en Marte y están trabajando para comprenderlo. Con poca agua o abundante vida en la superficie del planeta rojo durante al menos los últimos 3 mil millones de años, el ciclo del carbono es muy diferente al de la Tierra.
"Sin embargo, el ciclo del carbono todavía está ocurriendo y sigue siendo importante porque no solo está ayudando a revelar información sobre el clima antiguo de Marte, "dice Paul Mahaffy, investigador principal de SAM y director de la División de Exploración del Sistema Solar en NASA Goddard. "También nos muestra que Marte es un planeta dinámico en el que circulan elementos que son los bloques de construcción de la vida tal como la conocemos".
Los gases construyen un caso durante un período frío
Después de que Curiosity introdujera muestras de roca y polvo en SAM, el laboratorio calentó cada uno a casi 1, 650 grados Fahrenheit (900 grados Celsius) para liberar los gases del interior. Al observar las temperaturas del horno que liberaron el CO 2 y oxigeno, los científicos podían decir de qué tipo de minerales procedían los gases. Este tipo de información les ayuda a comprender cómo está circulando el carbono en Marte.
Varios estudios han sugerido que la atmósfera antigua de Marte, que contiene principalmente CO 2 , puede haber sido más grueso que el de la Tierra en la actualidad. La mayor parte se ha perdido en el espacio, pero algunos pueden estar almacenados en rocas en la superficie del planeta, particularmente en forma de carbonatos, que son minerales hechos de carbono y oxígeno. En la tierra, Los carbonatos se producen cuando el CO 2 del aire se absorbe en los océanos y otros cuerpos de agua y luego se mineraliza en rocas. Los científicos creen que sucedió el mismo proceso en Marte y que podría ayudar a explicar lo que sucedió en parte de la atmósfera marciana.
Todavía, Las misiones a Marte no han encontrado suficientes carbonatos en la superficie para soportar una atmósfera espesa.
Esta imagen animada muestra un modelo 3D de una molécula de carbonato junto a un modelo 3D de una molécula de oxalato. El carbonato está hecho de un átomo de carbono que está unido a tres átomos de oxígeno. El oxalato está formado por dos átomos de carbono unidos con cuatro átomos de oxígeno. Crédito:James Tralie / NASA / Goddard Space Flight Center
Sin embargo, los pocos carbonatos que SAM detectó revelaron algo interesante sobre el clima marciano a través de los isótopos de carbono y oxígeno almacenados en ellos. Los isótopos son versiones de cada elemento que tienen diferentes masas. Porque diferentes procesos químicos, de la formación rocosa a la actividad biológica, utilizar estos isótopos en diferentes proporciones, las proporciones de isótopos pesados a ligeros en una roca proporcionan a los científicos pistas sobre cómo se formó la roca.
En algunos de los carbonatos que SAM encontró, Los científicos notaron que los isótopos de oxígeno eran más ligeros que los de la atmósfera marciana. Esto sugiere que los carbonatos no se formaron hace mucho tiempo simplemente a partir del CO atmosférico. 2 absorbido en un lago. Si tuvieran, los isótopos de oxígeno de las rocas habrían sido un poco más pesados que los del aire.
Si bien es posible que los carbonatos se formaran muy temprano en la historia de Marte, cuando la composición atmosférica era un poco diferente a la actual, Franz y sus colegas sugieren que es más probable que los carbonatos se formaran en un lago helado. En este escenario, el hielo podría haber absorbido isótopos de oxígeno pesados y dejar que los más ligeros formaran carbonatos más tarde. Otros científicos de Curiosity también han presentado evidencia que sugiere que podrían haber existido lagos cubiertos de hielo en el cráter Gale.
Entonces, ¿dónde está todo el carbono?
La baja abundancia de carbonatos en Marte es desconcertante, dicen los científicos. Si no hay muchos de estos minerales en Gale Crater, quizás la atmósfera primitiva era más fina de lo previsto. O tal vez algo más está almacenando el carbono atmosférico que falta.
Basado en su análisis, Franz y sus colegas sugieren que algo de carbono podría ser secuestrado en otros minerales, como los oxalatos, que almacenan carbono y oxígeno en una estructura diferente a la de los carbonatos. Su hipótesis se basa en las temperaturas a las que el CO 2 se liberó de algunas muestras dentro de SAM:demasiado bajo para carbonatos, pero justo para los oxalatos, y en las diferentes proporciones de isótopos de carbono y oxígeno que los científicos vieron en los carbonatos.
Un modelo de una molécula de carbonato junto a una molécula de oxalato.
Los oxalatos son el tipo más común de mineral orgánico producido por las plantas en la Tierra. Pero los oxalatos también se pueden producir sin biología. Una forma es a través de la interacción del CO atmosférico 2 con minerales superficiales, agua, y la luz del sol, en un proceso conocido como fotosíntesis abiótica. Este tipo de química es difícil de encontrar en la Tierra porque hay vida abundante aquí. pero el equipo de Franz espera crear una fotosíntesis abiótica en el laboratorio para averiguar si realmente podría ser responsable de la química del carbono que están viendo en el cráter Gale.
En la tierra, la fotosíntesis abiótica puede haber allanado el camino para la fotosíntesis entre algunas de las primeras formas de vida microscópicas, por eso, encontrarlo en otros planetas interesa a los astrobiólogos.
Incluso si resulta que la fotosíntesis abiótica bloqueó algo de carbono de la atmósfera en rocas en el cráter Gale, A Franz y sus colegas les gustaría estudiar el suelo y el polvo de diferentes partes de Marte para comprender si los resultados del cráter Gale reflejan una imagen global. Es posible que algún día tengan la oportunidad de hacerlo. Perseverance Mars rover de la NASA, previsto para su lanzamiento a Marte entre julio y agosto de 2020, planea empacar muestras en el cráter Jezero para un posible regreso a los laboratorios de la Tierra.
