La tenue atm¨®sfera primitiva de Marte

El rover Curiosity est¨¢ explorando el cr¨¢ter Gale, en el ecuador de Marte, desde 2012. El terreno que analiza Curiosity est¨¢ compuesto fundamentalmente por secuencias sedimentarias depositadas en el fondo de un lago hace 3.500 millones de a?os. Estos sedimentos contienen diversos minerales secundarios, tales como arcillas o sulfatos, que indican que la superficie primitiva estuvo en contacto con el agua l¨ªquida. Sin embargo, Curiosity no ha encontrado carbonatos. Esto confirma los estudios de todas las sondas anteriores: los carbonatos son muy escasos en la superficie de Marte.?

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En la Tierra, los dep¨®sitos de carbonatos se forman en el fondo de lagos y mares al interaccionar el CO₂ de la atm¨®sfera con el agua l¨ªquida: si hay mucho CO₂ en la atm¨®sfera, se forman muchos carbonatos, como sucede en nuestro mundo; si hay poco, se forman pocos carbonatos. La importancia del CO₂ en los estudios de Marte radica en el hecho de que el CO₂ es un gas capaz de generar un potente ¡°efecto invernadero¡± y por lo tanto calentar el planeta. As¨ª, multitud de modelos paleoclim¨¢ticos aseguran que el Marte primitivo deb¨ªa tener una atm¨®sfera de al menos 1 bar de presi¨®n de CO₂ para poder mantener temperaturas en superficie compatibles con el agua l¨ªquida. Por lo tanto, la ausencia de carbonatos en Marte en general, y en Gale en particular, indica que el contenido en CO₂ de la atm¨®sfera era muy bajo en el tiempo en que se depositaron los sedimentos del fondo de Gale que est¨¢ estudiando Curiosity.?

Los resultados de nuestras investigaciones ¡°in situ¡± con Curiosity y de nuestras simulaciones y modelos geoqu¨ªmicos para determinar la cantidad de CO₂ en Marte hace 3.500 millones de a?os acaban de ser publicados. Es la primera vez que se cuantifica la concentraci¨®n de CO₂ en la atm¨®sfera del Marte primitivo mediante el an¨¢lisis directo de muestras sobre la superficie marciana. Nuestros datos demuestran que el nivel de CO₂ en la atm¨®sfera de Marte en el tiempo en que se depositaron los sedimentos de Gale era entre 10 y 100 veces inferior al m¨ªnimo requerido para que la temperatura en superficie estuviera por encima del punto de congelaci¨®n del agua l¨ªquida.?

Nuestros resultados suponen un reto para entender las investigaciones previas de Curiosity. Por un lado, durante 4 a?os el rover ha recopilado una ingente cantidad de datos (mineral¨®gicos, sedimentarios, estructurales) que demuestran que los sedimentos de Gale se depositaron en el fondo de un lago de agua l¨ªquida. Pero, por otro lado, nuestros resultados publicados ahora demuestran que la atm¨®sfera de Marte no conten¨ªa el CO₂ m¨ªnimo necesario para proveer temperaturas en superficie compatibles con la existencia de ese lago de agua l¨ªquida en Gale.?

Es la primera vez que se cuantifica la concentraci¨®n de CO₂ en la atm¨®sfera del Marte primitivo mediante el an¨¢lisis directo de muestras sobre la superficie marciana

Esta contradicci¨®n evidente tiene dos posibles explicaciones: o bien no hemos desarrollado a¨²n los modelos clim¨¢ticos adecuados para explicar las condiciones ambientales de Marte al principio de su historia; o bien todas las secuencias sedimentarias de Gale se formaron en realidad en un clima muy fr¨ªo. La segunda opci¨®n gana credibilidad si se recuerda que la geomorfolog¨ªa de Gale se estableci¨® en un entorno caracterizado por formaciones glaciares y periglaciares, con abundancia de hielo modificando el terreno, pero tambi¨¦n con cierta cantidad de agua l¨ªquida, como detallamos hace un par de a?os en otro art¨ªculo. Adem¨¢s, el agua l¨ªquida en el Marte antiguo habr¨ªa sido particularmente salada, contribuyendo a su estabilidad a bajas temperaturas, como tambi¨¦n demostramos hace algunos a?os en otro trabajo. En un entorno con esas caracter¨ªsticas, aunque el hielo ser¨ªa la fase dominante del agua, el agua l¨ªquida ser¨ªa abundante tambi¨¦n, y la formaci¨®n de arcillas y sulfatos ser¨ªa esperable en lugares y/o momentos espec¨ªficos, por ejemplo estacionalmente o en lagos de agua l¨ªquida y salada cubiertos por una capa de hielo. La imagen resultante que mejor describir¨ªa Gale hace 3.500 millones de a?os ser¨ªa, por lo tanto, la de un lago glaciar salado, rodeado por enormes masas de hielo, parcialmente y/o estacionalmente cubierto por el hielo, y soportando un clima muy frio: un entorno similar a las costas del ?rtico terrestre hoy.?

La duda que nos queda todav¨ªa por resolver es c¨®mo eran el clima y la atm¨®sfera de Marte desde la formaci¨®n del planeta, hace unos 4.500 millones de a?os, hasta que se estableci¨® el lago de Gale. Esos primeros mil millones de a?os fueron testigos de un Marte muy diferente: Curiosity ha demostrado que la cantidad de agua sobre el planeta en tiempos anteriores al lago de Gale era aproximadamente el doble de la que persist¨ªa hace 3.500 millones de a?os, y que la atm¨®sfera marciana inicial hab¨ªa sido tambi¨¦n mucho m¨¢s potente que la que cubr¨ªa el lago de Gale. En consecuencia, si Marte pudo albergar un lago glaciar cerca del ecuador y protegido tan solo por una atm¨®sfera tenue hace 3.500 millones de a?os, no requiere un gran esfuerzo de imaginaci¨®n pensar c¨®mo habr¨ªa sido el planeta 500 o 600 millones de a?os antes, con una atm¨®sfera de CO₂ m¨¢s potente y mucho m¨¢s agua en superficie. Tal vez sea tiempo ya de enviar nuestro pr¨®ximo rover a estudiar terrenos verdaderamente primitivos de Marte, que nos permitan conocer la realidad del paisaje marciano m¨¢s antiguo.

Alberto Gonz¨¢lez Fair¨¦n es investigador en el Centro de Astrobiolog¨ªa (CSIC-INTA) en Madrid, y en el Departamento de Astronom¨ªa de la Universidad Cornell en Nueva York.