Al estudiar los elementos químicos en
Marte hoy en día, incluidos el carbono y el oxígeno, los científicos
pueden trabajar hacia atrás para reconstruir la historia de un planeta
que alguna vez tuvo las condiciones necesarias para albergar vida.
Tejer esta historia, elemento por
elemento, desde aproximadamente 225 millones de kilómetros de distancia
es un proceso minucioso. Pero los científicos no son del tipo que se
pueda disuadir fácilmente. Los sondas espaciales y los rovers en Marte
han confirmado que el planeta alguna vez tuvo agua líquida, gracias a
pistas que incluyen lechos de ríos secos, costas antiguas y química de
superficie salada. Utilizando el rover Curiosity de la NASA, los
científicos han encontrado evidencias de lagos longevos. También
desenterraron compuestos orgánicos, o 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 preguntas importantes
abiertas para debate.
Por un lado, ¿era la antigua atmósfera marciana lo
suficientemente gruesa como para mantener el planeta cálido y, por lo
tanto, húmedo, durante el tiempo necesario para germinar y nutrir la
vida? Y los compuestos orgánicos: ¿son signos de vida o de química que
ocurre cuando las rocas marcianas interactúan con el agua y la luz
solar?
En un reciente informe de Nature
Astronomy sobre un experimento de varios años realizado en el
laboratorio de química SAM que lleva a bordo el rover Curiosity, un
equipo de científicos ofrece algunas ideas para ayudar a responder estas
preguntas. El equipo descubrió que ciertos minerales en rocas en el
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 perdió la mayor parte
de su atmósfera y comenzó a enfriarse permanentemente.
Gale es un cráter del tamaño de
Connecticut y Rhode Island combinados. Fue seleccionado como el sitio de
aterrizaje de Curiosity en 2012 porque tenía signos de agua pasada,
incluidos minerales de arcilla que podrían ayudar a atrapar y preservar
moléculas orgánicas antiguas. De hecho, mientras exploraba la base de
una montaña en el centro del cráter, llamado Monte Sharp, Curiosity
encontró una capa de sedimentos de 304 metros de espesor que se depositó
como barro en lagos antiguos. Para formar tanto sedimento, una gran
cantidad de agua habría fluido hacia esos lagos durante millones a
decenas de millones de años cálidos y húmedos, dicen algunos
científicos. Pero algunas características geológicas en el cráter
también insinúan un pasado que incluía condiciones frías y heladas.
"En algún momento, el ambiente 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,
geoquímica de la NASA en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
en Greenbelt, Maryland.
Franz, quien dirigió el estudio de 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 se 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 entornos más fríos y otras
en los más cálidos.
En cualquier caso, dice Franz, la
variedad de datos recopilados por Curiosity hasta el momento sugiere que
el equipo está viendo evidencias del cambio climático marciano
registrado en las rocas.
El equipo de Franz encontró evidencias
de un ambiente antiguo y frío después de que el laboratorio SAM extrajo
los gases dióxido de carbono o CO2 y oxígeno de 13 muestras de polvo y
roca. Curiosity recolectó estas muestras en el transcurso de cinco años
terrestres.
El CO2 es una molécula de un átomo de
carbono unido con 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, el agua y la superficie en un ciclo bien comprendido que
depende de la vida. Por ejemplo, las plantas absorben carbono de la
atmósfera en forma de CO2. A cambio, producen oxígeno, que los humanos y
la mayoría de las otras formas de vida usan para la respiración en un
proceso que termina con la liberación de carbono al aire, nuevamente a
través del CO2, o en la corteza terrestre a medida que las formas de
vida mueren y son enterradas.
Los científicos están descubriendo que también hay un ciclo de 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 sigue
ocurriendo y sigue siendo importante porque no solo ayuda 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 de la NASA en Goddard. "También nos muestra que Marte
es un planeta dinámico donde están circulando elementos que son los
bloques de construcción de la vida tal y como la conocemos".
Después de que Curiosity introdujo
muestras de roca y polvo en SAM, el laboratorio calentó cada una a casi
900 ºC para liberar los gases en su interior. Al observar las
temperaturas del horno que liberaban CO2 y oxígeno, los científicos
podían determinar de qué tipo de minerales provenían los gases. Este
tipo de información les ayuda a comprender cómo se está ciclando el
carbono en Marte.
Varios estudios han sugerido que la
atmósfera antigua de Marte, que contiene principalmente CO2, puede haber
sido más gruesa que la de la Tierra en la actualidad. La mayor parte se
ha perdido en el espacio, pero alguna se puede almacenar 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 CO2 del aire se absorbe en los océanos y otros
cuerpos de agua y luego se mineraliza en rocas. Los científicos piensan
que el mismo proceso ocurrió en Marte y que podría ayudar a explicar lo
que le sucedió a la atmósfera marciana.
Sin embargo, las misiones a Marte no han encontrado suficientes carbonatos en la superficie para soportar una atmósfera espesa.
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 masas diferentes. Debido a que
diferentes procesos químicos, desde la formación de rocas hasta la
actividad biológica, usan 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 encontró SAM, 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 por el CO2 atmosférico absorbido en un lago. Si lo
hubieran hecho, los isótopos de oxígeno en las rocas habrían sido un
poco más pesados que los del aire.
Si bien es posible que los carbonatos se
formaron muy temprano en la historia de Marte, cuando la composición
atmosférica era un poco diferente de lo que es hoy, Franz y sus colegas
sugieren que los carbonatos probablemente se formaron en un lago helado.
En este escenario, el hielo podría haber aspirado isótopos pesados de
oxígeno y dejar los más ligerps para formar carbonatos más tarde. Otros
científicos de Curiosity también han presentado evidencias que sugieren
que lagos cubiertos de hielo podrían haber existido en el Cráter Gale.
La baja abundancia de carbonatos en
Marte es desconcertante, dicen los científicos. Si no hay muchos de
estos minerales en el Cráter Gale, tal vez la atmósfera inicial fue más
delgada de lo previsto. O tal vez algo más está almacenando el carbono
atmosférico faltante.
Con base 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 se liberaron CO2 de algunas muestras dentro de
SAM, demasiado bajas para los carbonatos, pero adecuadas para los
oxalatos, y en las diferentes proporciones de isótopos de carbono y
oxígeno que los científicos vieron en los carbonatos.
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 CO2 atmosférico con los minerales superficiales,
el agua y la luz solar, en un proceso conocido como fotosíntesis
abiótica. Este tipo de química es difícil de encontrar en la Tierra
porque hay abundante vida aquí, pero el equipo de Franz espera crear una
fotosíntesis abiótica en laboratorio para determinar 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 lo que encontrarla 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 entender si sus resultados del Cráter
Gale reflejan una imagen global. Es posible que algún día tengan la
oportunidad de hacerlo. El rover
Perseverance de la NASA, que se lanzará
a Marte entre Julio y Agosto de 2020, planea recoger muestras en el
Cráter Jezero para un posible regreso a los laboratorios en la Tierra.
Actualizado: 20/5/2020
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