El «Curiosity rover» de la NASA profundiza la paradoja del Marte antiguo

Este mosaico de imágenes tomadas por la Cámara en el Mástil del rover Curiosity (Curiosity’s Mast Camera (Mastcam) ) muestra los miembros geológicos de la formación  » Yellowknife Bay «. Estas rocas registran depósitos superpuestos resultantes de la existencia de un lago asi como de corrientes de agua, que ofrecieron antiguas condiciones medioambientales favorables para la vida microbiana. Las rocas aquí fueron expuestas por la remoción de las capas superpuestas por la erosión del viento. La escena es una porción de un mosaico de 111 imágenes adquiridas durante el día Marciano 137, o sol, de trabajo del Curiosity en Marte (24 de Dic. del 2012). La falda (estribaciones) del Monte Sharp es visible en la distancia, en la parte superior izquierda, al suroeste de la posición de la Cámara. Crédito: NASA-JPL-Calthec.

  • Hallazgos del rover Curiosity agregan un rompecabezas sobre el  Marte antiguo , porque las mismas rocas que indican que un lago estuvo presente, también indican que había muy poco dióxido de carbono en el aire para ayudar a mantener  no congelada el agua del lago.

  • Ningún carbonato  ha sido encontrado definitivamente en las muestras de rocas analizadas por el Curiosity.

  • Un nuevo estudio calcula la cantidad de dióxido de carbono que podría haber estado presente en la antigua atmósfera, sin que se detecte carbonato por el rover: no mucho.

Los científicos que estudian Marte están luchando con un problema. Una amplia evidencia dice que el antiguo Marte fue húmedo en ocasiones, con corrientes de agua y lagos sobre la superficie del planeta. Sin embargo, el antiguo Sol era alrededor de un tercio menos cálido y los científicos modeladores del clima marciano luchan ahora para producir escenarios que consiguan que  la superficie de Marte fuese lo suficientemente caliente como para mantener sin congelar el agua.
La teoría más aceptada es tener una atmósfera de dióxido de carbono más gruesa, que forma una capa de gas de efecto invernadero, lo que ayuda a calentar la superficie del Marte antiguo. Sin embargo, de acuerdo con un nuevo análisis de los datos del rover Curiosity de la NASA, Marte tenía muy poco dióxido de carbono hace unos 3,5 mil millones de años para proveer suficiente calentamiento de efecto invernadero para descongelar el  hielo de agua.
El mismo lecho de roca marciana en el que Curiosity encontró  sedimentos de un antiguo lago donde los microbios podrían haber prosperado, es la fuente de la evidencia que añade el dilema sobre cómo podrían haber existido tales lagos . Curiosity no detectó minerales de carbonatos en las muestras del lecho de roca  que analizó. El nuevo análisis concluye que la escasez de carbonatos en el lecho de roca  significa que la atmósfera de Marte, cuando existía el lago – hace unos 3.5 mil millones de años – no podría haber contenido mucha cantidad de dióxido de carbono.
«Hemos sido particularmente ‘golpeados’ por la ausencia de minerales de carbonato en las rocas sedimentarias  examinadas por el rover», dijo Thomas Bristow del Centro de Investigación Ames de la NASA, en Moffett Field, California. «Sería muy difícil conseguir agua en estado líquido, incluso si había una cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera de más de cien veces que lo que la evidencia mineral en la roca nos dice«. Bristow es el Investigador Principal del instrumento de Química y Mineralogía (CheMin) del Curiosity y autor principal del estudio que se publica esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Curiosity no ha obtenido una detección definitiva de carbonatos en las muestras de rocas del lecho del lago , desde que aterrizó en el cráter Gale en el 2011. El instrumento CheMin puede identificar carbonatos  aún si éstos representan sólo un pequeño porcentaje de la roca. El nuevo análisis realizado por Bristow y 13 coautores calcula la cantidad máxima de dióxido de carbono que podría haber estado presente, consistente con la escasez de carbonato.
En el agua, el dióxido de carbono se combina con los iones de carga positiva como el magnesio y el hierro ferroso para formar carbonatos minerales. Otros minerales en las mismas rocas indican que los iones estaban disponibles. Los otros minerales, tales como magnetita y minerales de arcilla, también proporcionan pruebas de que las condiciones posteriores nunca llegaron a ser tan ácidas para que los carbonatos se hubiesen disuelto y desaparecido , como lo pueden hacer en el agua subterránea ácida.
El dilema se  ha estado construyendo por años: La evidencia sobre los factores que afectan la temperatura de la superficie – principalmente la energía recibida del Sol joven y la cobertua proporcionada por la atmósfera del planeta – se suma a la falta de coincidencia con la evidencia generalizada de redes de ríos y lagos en el  Marte antiguo. Las claves tales como las proporciones de isótopos en la atmósfera de Marte de hoy indican que el planeta tuvo una vez una atmósfera mucho más densa que la que tiene ahora. Sin embargo, los modelos teóricos del clima del Marte antiguo luchan  para producir las condiciones que permitirían la existencia de agua líquida en la superficie de Marte durante muchos millones de años. Un exitoso modelo propone una atmósfera gruesa de dióxido de carbono que también contiene hidrógeno molecular. Sin embargo cómo se generaría y sostendría un ambiente tal, es controversial.
El nuevo estudio plantea el rompecabezas para un lugar y un momento determinados, con un control de los carbonatos sobre el terreno, exactamente en los mismos sedimentos que contienen el registro de un lago que existió alrededor de mil millones de años después de formado el planeta .
Durante las últimas dos décadas, los investigadores han utilizado espectrómetros en los orbitadores de Marte para buscar el carbonato  que podría haber resultado de una época temprana con dióxido de carbono más abundante. Han encontrado mucho menos carbonatos de lo previsto.
«Ha sido un misterio el por qué no se ha detectado mucho carbonato desde la órbita», dijo Bristow. «Se puede salir del dilema diciendo que los carbonatos pueden estar todavía allí, pero simplemente no se pueden ver desde la órbita porque están cubiertos por el polvo, o enterrados, o no estamos buscando en el lugar correcto. Los resultados del Curiosity traen la paradoja a un foco. Esta es la primera vez que hemos comprobado la ausencia de carbonatos en el suelo en una roca que sabemos que se ha formado a partir de sedimentos depositados bajo el agua «.
El nuevo análisis concluye que no más de unas pocas decenas de milibares de dióxido de carbono podrían haber estado presentes en la atmósfera marciana cuando existía el lago, pues de lo contrario se habría producido suficiente carbonato, que el CheMin del Curiosity hubiese detectado. Un milibar es una milésima de la presión atmosférica a nivel del mar en la Tierra. La actual atmósfera de Marte tiene una presión de menos de 10 milibares y aproximadamente el 95 por ciento de ella es dióxido de carbono.
«Este análisis encaja con muchos estudios teóricos que indican que la superficie de Marte, aún desde épocas tempranas, no era lo suficientemente caliente para mantener el agua  líquida«, dijo Robert Haberle, un científico que estucia el Clima de Marte en Centro Ames de la NASA y  co-autor del artículo . «Es realmente un enigma para mí.»

Los investigadores están evaluando varias ideas de cómo reconciliar el dilema.

«Pienso que tal vez el lago no era un cuerpo abierto de agua líquida. Tal vez fue líquido cubierto de hielo», dijo Haberle. «Aún así podrían producirse algunos sedimentos y acumularse en el lecho del lago si la capa de  hielo no era demasiado gruesa.»
Un inconveniente de esta explicación es que el equipo del rover ha buscado y no  ha encontrado en el cráter Gale la evidencia  que se podría esperar de lagos cubiertos de hielo, tales como grietas grandes y profundas llamadas cuñas de hielo, o «dropstones» (piedras caídas en el lecho), que se incrustan en el lecho  suave de sedimentos del lago cuando penetran en el adelgazamiento del hielo.
Si los lagos no se congelaron, el rompecabezas se hace aún más difícil por las implicaciones que, el nuevo análisis del Curiosity de la falta de  detección de carbonatos,  tiene acerca de la antigua atmósfera de Marte.
«La travesía del Curiosity a través de lechos de ríos, deltas, y cientos de pies verticales de lodo depositados en lagos antiguos ‘dice en voz alta’ que un sistema hidrológico vigoroso  suministró el agua y los sedimentos para crear las rocas que estamos encontrando», dijo Ashwin Vasavada científico del proyecto Curiosity del Laboratorio de Propulsión Jet (JPL) de la NASA en Pasadena, California. «El dióxido de carbono, mezclado con otros gases como el hidrógeno, ha sido el principal candidato para explicar el calentamiento necesario para un sistema de este tipo. Este sorprendente resultado parecería dejarlo fuera de la carrera.»
Cuando dos líneas de evidencia científica parecen irreconciliables, se establece el escenario para un avance en la comprensión de por qué no lo son.
La misión Curiosity continúa investigando las condiciones ambientales antiguas en Marte. Es administrada por el JPL, una división de Caltech en Pasadena, para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Curiosity y otras misiones científicas en Marte son una parte clave para el Viaje de la NASA a Marte, a partir de décadas de exploración robótica para enviar seres humanos al planeta rojo en la década del 2030.
Para más información acerca del Curiosity visite:
https://www.nasa.gov/curiosity, también: Red Planet Report
Para obtener información acerca de viaje de la NASA a Marte en:
https://www.nasa.gov/ journeytomars

Fuente: NASA-JPL-Calthec

Artículo original: «NASA’s Curiosity Rover Sharpens Paradox of Ancient Mars«

Trabajo de Investigación publicado en PNAS: «Low Hesperian PCO2 constrained from in situ mineralogical analysis at Gale Crater, Mars«. 
Thomas F. Bristow, doi: 10.1073/pnas.1616649114.
Material relacionado:
El agua en Marte hoy:
Sobre el efecto invernadero y la temperatura en la superficie de los planetas:

Sobre el enigma de la ausencia de carbonatos en Marte:

 

Presentando el estado actual del conocimiento sobre Marte y en particular de su atmósfera,  enfocados hacia la búsqueda de vida , está el trabajo recientemente publicado : 

 

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