Marte: un pasado húmedo

En febrero de 2005, el robot de exploración marciano Spirit había estado escaneando el cráter Gusev durante más de un año, una depresión de 166 kilómetros de diámetro y dos de profundidad, ubicada a la salida de un valle seco del río a mil kilómetros. Esperábamos que Spirit encontrara señales de que el cráter había estado lleno de agua hace unos miles de millones de años, pero en el fondo plano donde había aterrizado el barco, el robot no había visto depósitos en el lago ni rastros de flujos. Nada más que polvo, arena y rocas volcánicas desesperadamente secas.

Todo cambió cuando Spirit llegó a Columbia Hills, a unos dos kilómetros y medio del sitio de atraque (cada uno lleva el nombre de uno de los siete astronautas que perecieron en la explosión del transbordador Columbia en 2003) . Mientras Spirit trepaba dolorosamente ladera occidental de Husband Hill, sus ruedas de patinaje cavaron profundos surcos en el suelo. En un área particularmente suelta, Paso Robles, descubrieron depósitos blanquecinos que no se parecían en nada a lo que se había observado hasta entonces en el cráter Gusev.

Después de un examen más detallado, determinamos que los depósitos estaban hechos de minerales sulfato hidratados, ricos en hierro y magnesio, concentrados justo debajo de la superficie polvorienta. En la Tierra, encontramos este tipo de depósito en lugares donde el agua salada se ha evaporado, o en lugares donde la capa freática interactúa con gases o fluidos volcánicos. Ambos procesos pueden haber tenido lugar en Marte, aunque no hay un volcán activo en Marte, las erupciones seguramente ocurrieron cuando el planeta era joven. En todos los casos, estas sales de sulfato enterradas indican que un ambiente acuoso ha reinado en el cráter Gusev en el pasado.

El descubrimiento de Spirit está de acuerdo con los de Opportunity, el robot gemelo que explora el otro lado de Marte, así como con los de la sonda europea Mars Express y los otros satélites que escanean el

superficie del planeta desde el espacio. Es cierto que durante mucho tiempo se han encontrado signos de inundaciones y un puñado de minerales que reaccionaron con el agua en la superficie de Marte. Pero estas huellas dan testimonio de breves episodios acuosos, desviaciones de la situación normal que ocurrió poco después de la formación del planeta rojo hace 4.600 millones de años, o son, por el contrario, un signo de la presencia duradera de agua en un momento remoto ? Las nuevas observaciones ahora se inclinan a favor de esta última hipótesis. Parece que el agua ha cubierto gran parte de la superficie de Marte durante largos períodos, ciertamente muy temprano en la historia del planeta. Si tales períodos han sido frecuentes, la posibilidad de que la vida haya evolucionado en Marte se vuelve mucho más probable.

El rastro del agua corriendo

Los primeros relieves «ríos» se identificaron en fotografías tomadas por las sondas Mariner y Viking en la década de 1970. Estos son enormes canales que parecen haber sido excavados por inundaciones catastróficas y redes de grandes valles que recuerdan las cuencas fluviales en la Tierra. Mars Global Surveyor, en órbita alrededor de Marte desde 1997, y cuya señal se perdió en noviembre pasado, ha encontrado pequeños barrancos extraños en las paredes de algunos cráteres y cañones, que parecen recientes. Estas formaciones traicionan la presencia pasada de agua líquida en la superficie o justo debajo, pero no necesariamente durante largos períodos. El agua liberada durante las inundaciones gigantescas, por ejemplo, puede haber permanecido en la superficie durante solo unos días antes de congelarse, volver a infiltrarse en el suelo o evaporarse.

Igualmente, examinado más cuidadosamente, Las redes de los valles fluviales difieren de las cuencas fluviales terrestres: los valles no están muy ramificados, tienen pocos afluentes, sugiriendo que habrían sido esculpidos por los flujos de agua debajo de la superficie, en otras palabras, por un proceso de debilitamiento, en lugar de pasar agua sobre la superficie. Los barrancos observados por Mars Global Surveyor también podrían resultar de la fusión del hielo en el suelo helado o debajo de las nubes. Aunque estas formaciones geológicas indican indiscutiblemente la presencia de agua en Marte, no prueban que el planeta rojo alguna vez experimentó un ambiente más cálido y húmedo, con lagos y ríos perennes.

Sin embargo, en los últimos años, las imágenes recopiladas por los satélites han proporcionado pruebas más concluyentes de que tales condiciones de tipo terrestre han prevalecido sobre Marte durante largos períodos. Uno de los descubrimientos más sorprendentes es el de formaciones que se asemejan a los deltas de los ríos. El mejor ejemplo, fotografiado por Mars Global Surveyor, es al final de una red de valles que conducen al cráter Eberswalde, al sureste de Valles Marineris (ver Figura 2). Es un relieve estratificado que forma un rango de diez kilómetros de ancho, entrecruzado con trincheras sinuosas erosionadas en diversos grados y que se cruzan. Para muchos geólogos, esta estructura tiene todas las características de un delta en la desembocadura de un río que transporta sedimentos y desemboca en un lago poco profundo.

La estructura del delta del Eberswalde sugiere que ha cambiado de forma muchas veces, probablemente en respuesta a las variaciones en el flujo de su río fuente. Si la región de Eberswalde es de hecho un antiguo delta del río, posteriormente enterrado bajo sedimento, luego expuesto por la erosión, esto implica que el agua líquida ha fluido permanentemente a la superficie de Marte, erosionando y transportando grandes volúmenes de material sedimentario. Se han observado algunas otras estructuras comparables en otras regiones. Pero hasta la fecha, solo una pequeña parte de la superficie del planeta ha sido fotografiada con una resolución suficiente para identificar tales deltas. La observación continúa y debería permitir probar la hipótesis de los deltas de los ríos. Para determinar cuánto tiempo se han formado estos deltas, es decir, cuánto tiempo ha fluido el agua, los científicos deberán medir las edades absolutas y relativas de los diferentes relieves. La datación absoluta no se puede realizar desde el espacio; Las muestras de roca deben ser devueltas a la Tierra o analizadas por robots capaces de realizar datación por isótopos radiactivos.

Las pistas adicionales sobre un clima terrestre en Marte provienen de imágenes de alta resolución adquiridas por los satélites Mars Odyssey y Global Surveyor. Revelaron redes de valles en las bandejas y paredes del sistema de cañones Valles Marineris que, a diferencia de los mencionados anteriormente, formados siguiendo flujos debajo de la superficie, son densos y arbóreos, como las redes hidrográficas terrestres . Estas redes de valle fueron diseñadas por precipitación o escorrentía superficial. Además, las imágenes revelan que los valles «simulados» también están más ramificados de lo que se pensaba anteriormente. Además, el origen de estos valles se encuentra a lo largo de las líneas de la cresta, lo que sugiere que el paisaje ha sido moldeado por la combinación de precipitación y escorrentía (los manantiales brotan más bien en la ladera de la montaña). De hecho, estos relieves son actualmente la mejor prueba de que alguna vez llovió en Marte.

Es posible que estos rastros de escorrentía sean relativamente recientes, quizás que datan de 1 a 1.500 millones de años después de la formación de Marte. Para estimar la edad de las estructuras marcianas, los investigadores cuentan la cantidad de cráteres de impacto que las cubren: cuanto más impacto ha tenido la región, mayor es. Sin embargo, este método de datación tiene una serie de incertidumbres: puede ser difícil distinguir los cráteres de impacto de las calderas volcánicas, y la erosión puede haber borrado algunas de ellas. Sin embargo, si resulta que estos valles de escorrentía superficial son relativamente jóvenes, Marte ha podido disfrutar de un clima terrestre, al menos esporádicamente, durante un tercio de su historia.

Sedimentación masiva

Otro elemento que corrobora la presencia sostenible de agua en Marte: los signos de erosión masiva y sedimentación visibles en muchas regiones del planeta. De imágenes satelitales recientes, Los investigadores han determinado que la tasa a la que se han depositado y erosionado los sedimentos en los primeros mil millones de años del planeta puede haber sido un millón de veces mayor que la actual (erosión actual, de origen eólico, se midió en los sitios de acoplamiento de los módulos de exploración Spirit, Oportunidad y Mars Pathfinder). La aspecto alegre de Meridiani Planum, una región de un millón de kilómetros cuadrados donde Opportunity está trabajando, indica, por ejemplo, que gran parte de la tierra ha sido despojada de erosión y que los materiales desarraigados han sido retirados a otros lugares. No sabemos qué ha sido de estos sedimentos erosionados, y este es uno de los rompecabezas de Marte, pero parece claro que el viento por sí solo no podría excavar tantos materiales.

En otros lugares, como ciertos cráteres o ciertos cañones y zanjas colapsadas (chasma) de Valles Marineris, los ciclos de deposición y erosión han creado pilas de cientos de capas de rocas, de un espesor de 10 a 100 metros cada una. El cráter Gale, de 170 kilómetros de diámetro, presenta en su centro un gigantesco cúmulo de rocas sedimentarias erosionadas. La sucesión de capas, canales y cráteres de impacto parcialmente enterrados en el montículo indica una larga y compleja historia de erosión y depósitos. Este pico se eleva casi un kilómetro sobre el borde del cráter ! Sin duda, el cráter y sus alrededores fueron enterrados completamente bajo una gran cantidad de sedimento, luego parcialmente exhumados y enterrados nuevamente, muchas veces. Los sedimentos se han erosionado desde el último episodio de entierro, de modo que el fondo del cráter está expuesto, pero tal vez el pico central se desgasta a una velocidad más lenta, lo que explicaría por qué se eleva hoy. hoy sobre el borde del cráter.

Qué fenómeno podría haber transportado la enorme cantidad de sedimento necesaria para cubrir la región del cráter Gale ? La explicación más plausible es un flujo de agua. El estudio de la sedimentación y la erosión en la Tierra sugiere que el viento puede haber movido parte de los sedimentos marcianos, como continúa, a un ritmo muy lento -, pero ningún escenario de viento puede explicar el transporte rápido de millones de kilómetros cúbicos de material sobre grandes áreas del planeta. Por otro lado, el flujo de agua en la Tierra transporta cantidades gigantescas de sedimento; podría haber sido lo mismo en el planeta rojo.

El espectro de la arcilla

No contentos con el escrutinio de la forma de los relieves marcianos, los científicos están buscando rastros de agua líquida en minerales. Una de las razones por las que hemos pensado durante mucho tiempo que Marte nunca había experimentado un clima cálido y húmedo es que la superficie, al menos, las regiones que no están cubiertas de polvo, está compuesta de materiales no alterados, como minerales volcánicos como el olivino. o piroxeno. Sin embargo, si el agua hubiera fluido a la superficie durante mucho tiempo, habría alterado los minerales volcánicos y llevado a la formación de arcillas y otras fases hidratadas oxidadas (cuya estructura cristalina contiene moléculas de agua o hidróxido de iones).

Hoy nos damos cuenta de que no habíamos mirado lo suficientemente de cerca. Las nuevas imágenes espectroscópicas de alta resolución tomadas desde el espacio y los análisis in situ por los robots de exploración han resaltado la presencia en abundancia de arcillas y otros minerales hidratados en muchas regiones. El espectro-imager omega del satélite Mars Express, muy eficaz en la caracterización de la composición mineralógica de los suelos, especialmente minerales que se forman cuando se alteran las rocas volcánicas, por ejemplo, ha detectado arcillas en áreas que parecen ser los terrenos más antiguos de la superficie: en función de la gran cantidad de cráteres de impacto, Estas regiones datan de los primeros mil millones de años de historia marciana. Los depósitos de arcillas se distribuyen en todo el planeta, en antiguas áreas volcánicas y en regiones montañosas plagadas de cráteres y algunos de los cuales parecen haber estado expuestos a la erosión recientemente.

Cuando el agua altera rocas

Las arcillas recién descubiertas son filosilicatos, es decir, minerales compuestos de hojas de sílice entre las cuales están atrapadas moléculas de agua e iones hidróxidos. La variedad de composiciones de estas arcillas es la esperada en el contexto de una alteración del agua de los diversos tipos de rocas volcánicas marcianas. Aunque la omega solo ha mapeado una pequeña parte del planeta, el descubrimiento de estos minerales ya es una prueba sólida de que el joven planeta Marte tiene condiciones terrestres conocidas desde hace mucho tiempo.

Además, los investigadores descubrieron minerales alterados por el agua (argiles, óxidos de hierro hidratados y carbonatos) en ciertos meteoritos marcianos, rocas expulsadas de la superficie de Marte durante los impactos de los asteroides y que terminaron en tierra en nuestro planeta. Su alteración por el agua podría haber ocurrido debajo de la superficie, ya que la mayoría de las rocas de estos meteoritos estaban en la corteza de Marte antes de ser enviadas al espacio, no a la capa superficial. Además, la datación isotópica sugiere que algunos de estos meteoritos provienen de partes relativamente jóvenes de la corteza marciana. Por lo tanto, el proceso de alteración podría continuar debajo de la superficie en la actualidad. Para probar esta hipótesis, se deben detectar fuentes activas o signos de actividad hidrotermal, o incluso las profundidades del suelo marciano perforadas directamente.

Los robots de exploración llevaron las piezas más recientes al rompecabezas climático del planeta rojo. Ocho meses antes del descubrimiento de Paso Robles, mientras Spirit comenzó el ascenso de las colinas de Columbia, detectó en una roca de hematita, un mineral férrico altamente oxidado que se encuentra comúnmente en la Tierra en suelos alterados por el agua. Varios meses después, Spirit encontró rastros de filosilicatos y goetita, un mineral férrico oxidado que no puede formarse sin agua y que contiene iones hidróxido. Las colinas de Columbia llevan el rastro de una antigua interacción de agua y rocas, invisible en las llanuras volcánicas más jóvenes de lo que Spirit ha visitado antes.

Al llegar a la cima de Husband Hill y descender hacia South Basin, Spirit encontró aún más depósitos de sales debajo de la superficie que en Paso Robles. Desafortunadamente, no pudimos estudiarlos porque se acercaba el segundo invierno marciano para Spirit y era necesario transferir el robot a las laderas del norte para que recibiera suficiente luz para funcionar. Si todo va bien, enviaremos al robot a los depósitos de sal tan pronto como regrese la primavera marciana.

Mientras tanto, Opportunity estaba haciendo descubrimientos igualmente emocionantes en Meridiani Planum. Unas semanas después del aterrizaje, el robot descubrió afloramientos de rocas sedimentarias altamente estratificadas, tanto porosas, hidratadas como salinas. omega reveló que estos depósitos sedimentarios están llegando a toda la región. Su estudio ha demostrado que se extienden hasta decenas de metros debajo de la superficie, lo que indica que el agua líquida ha permanecido en la superficie durante mucho tiempo.

Arándanos y festones

Sin embargo, los hallazgos de Opportunity cuentan otra parte de la historia del agua en Marte que la revelada por Spirit. Las rocas hidratadas descubiertas por Opportunity contienen principalmente minerales ricos en azufre y los afloramientos sedimentarios son ricos en cloro, bromo y azufre. Todos estos elementos son muy móviles en solución acuosa (no se sedimentan fácilmente), lo que implica que los depósitos se forman después de la evaporación del agua salada estancada. Por lo tanto, los afloramientos de Meridiani Planum dan testimonio de una época en que los ríos y lagos se han secado gradualmente.

El descubrimiento por el robot de granos esféricos de tamaño milimétrico que contienen hematita, poéticamente llamados «mádulas negras», en afloramientos también reforzó la hipótesis de la presencia perenne de agua en la superficie de Marte. Estos arándanos son concreciones, minerales que precipitan durante la evaporación de un agua cargada de hierro o sal. Si el proceso es lo suficientemente lento y homogéneo, los granos crecen en la formación de bolas. En la Tierra, ciertas concreciones alcanzan el tamaño de bolas de ping pong; los observados en Marte no exceden de dos a tres milímetros de diámetro en promedio. Alejándose de su sitio de zanjas en dirección sur, Opportunity encontró arándanos más pequeños, lo que sugiere que la longevidad del ambiente acuoso o la tasa de evaporación del agua variaron.

A principios de 2006, cuando se dirigía hacia el sur a través de la llanura, Opportunity incluso fotografió rocas con patrones que podrían ser la huella de las olas en sedimentos arenosos en aguas poco profundas . Los mejores ejemplos de estas estratificaciones de «feston» se han descubierto en el cráter Erebus.

Los descubrimientos realizados por robots de exploración enfatizan la importancia del azufre en la geología marciana. Este elemento fue indudablemente introducido por la importante actividad volcánica que marcó la infancia del planeta. Los minerales de azufre y azufre pueden disolverse en agua y formar soluciones muy ácidas. La acidez que destruye muchos tipos de minerales, especialmente los carbonatos, y también inhibe la formación de otros minerales como la arcilla. Por lo tanto, la acumulación de azufre en Marte explicaría por qué aún no se han encontrado carbonatos en la superficie y por qué las arcillas parecen estar presentes solo en los terrenos más antiguos. omega ha detectado depósitos de sulfato en regiones distintas de Meridiani Planum, pero estas regiones son más jóvenes que aquellas donde hay arcillas. Hasta ahora, no se han encontrado sulfatos ni arcillas en un solo lugar.

Está surgiendo una nueva imagen de la historia marciana. Marte habría conocido un pasado acuoso prolongado: estanques, lagos o mares, o todo esto al mismo tiempo, estuvieron presentes durante largos períodos y expuestos a una atmósfera más densa y húmeda. Durante sus primeros mil millones de años, el planeta rojo se parecía mucho más a la Tierra, y las condiciones allí probablemente condujeron a la formación y evolución de la vida. Sin embargo, el ambiente marciano comenzó a cambiar cuando el azufre se acumuló y condujo a la acidificación de las aguas, y cuando la actividad geológica del planeta se desaceleró, lo que redujo la desgasificación. Las arcillas dieron paso a los sulfatos, mientras que la lluvia ácida alteró las rocas volcánicas y descompuso los carbonatos que se habían formado previamente. Poco a poco, el ambiente se ha vuelto más tenue. Tal vez se disipó en el espacio cuando el campo magnético del planeta salió y dejó de proteger la atmósfera del viento solar, a menos que los impactos lo volaran o que se encontrara confinada a la corteza. De cualquier manera, Marte se ha convertido en el planeta frío y árido que conocemos hoy. Esta sucesión de eventos explicaría por qué todas las rocas volcánicas derramadas en los últimos mil millones de años no han sido alteradas. El material más antiguo a continuación, expuesto fortuitamente por impactos, erosión o robots, es la clave del pasado del planeta.

Sin embargo, esta nueva historia del planeta Marte aún no es unánime. Las preguntas de capital permanecen sin respuesta. ¿Cuánto tiempo ha fluido el agua en el Delta de Eberswalde? ? Décadas o milenios ? ¿Dónde se han ido todos los sedimentos que parecen haber sido desarraigados de Meridiani Planum o del cráter Gale? ? ¿Han sido erosionados por el agua, el viento o algún otro fenómeno? ? ¿Cuál es la abundancia de minerales arcillosos en Marte, y alguna vez han sido un componente importante de la corteza del planeta? ? ¿Dónde se han ido los carbonatos, que pueden haberse formado en un ambiente cálido, húmedo y rico en dióxido de carbono, pero que hasta ahora no se han observado en ninguna parte? ? El agua ácida puede haber destruido más, pero seguramente no todo !

Finalmente, apareció la vida en el joven planeta Marte y, si fuera necesario, podría haber evolucionado mientras el medio ambiente experimentaba los dramáticos cambios que condujeron al clima actual ? La respuesta depende en gran medida del tiempo que hayan prevalecido las condiciones de tipo tierra. Hasta la fecha, ningún dato indica esto. Nuestro conocimiento de la edad de las diferentes superficies marcianas sigue siendo demasiado limitado. La datación, a través de la densidad de los cráteres de impacto, de superficies que han experimentado tantos episodios de entierro o erosión masiva puede no ser confiable. Las muestras marcianas probablemente tendrán que ser devueltas a la Tierra para estimar su edad analizando isótopos radiactivos o enviando instrumentos miniaturizados al planeta rojo. Por ahora, las embarcaciones que orbitan Marte continuarán buscando grandes depósitos minerales e identificando los sitios más prometedores para los robots de exploración del mañana. Los descubrimientos de la última década podrían ser solo una muestra de lo que nos depara el próximo siglo de exploración robótica y, en última instancia, humana…

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