En Marte aparecen las huellas que dejaron antiguos ríos y lagos, pero ¿cómo pudo haber abundante agua líquida si los modelos atmosféricos indican que el clima era demasiado frío? Un análisis de las arcillas marcianas sugiere que pudieron formarse en periodos cortos más cálidos y húmedos del planeta rojo dentro de un contexto frío general.
El clima de los comienzos de Marte, hace entre 3.500 y 4.000 millones de años, supone un rompecabezas para los científicos planetarios. Por un lado, las características de la superficie marciana, como sus redes de valles, deltas y cuencas de 'paleolagos', indican que hubo abundante agua líquida. Además, los minerales de arcilla y sulfato que se encuentran en la mayoría de las rocas superficiales antiguas necesitaban agua líquida para formarse; y la presencia de agua líquida implicaría que las temperaturas eran cálidas.
Sin embargo, por otro lado, los modelos atmosféricos no son compatibles con un clima en el joven Marte lo suficientemente cálido como para mantener agua líquida en la superficie. ¿Cómo resolver entonces esta información contradictoria?
Ahora, un nuevo estudio internacional con participación del Centro de Astrobiología (CAB), ha abordado este asunto investigando las condiciones necesarias para la formación de las arcillas superficiales del planeta rojo. Los resultados se publican esta semana en la revista Nature Astronomy.
Parte de este puzzle climático marciano se centra en concretar a qué se denomina 'cálido'. Actualmente, la temperatura de Marte está por debajo del punto de congelación, pero en el pasado debió ser menos fría, lo que permitió que el agua líquida modelara su superficie. Sin embargo, el agua líquida fría no es lo suficientemente caliente como para formar las arcillas superficiales que se observan.
"Nos dimos cuenta de que para poder restringir mejor el clima marciano temprano, necesitábamos entender las condiciones de formación de las arcillas marcianas", destaca Janice Bishop, del Instituto SETI y NASA Ames, y primer autor del artículo.
Los investigadores analizaron la estratigrafía y la naturaleza de las arcillas en varias regiones de Marte, como el cráter Gale o Mawrth Vallis, basándose en cómo se forman en la Tierra, y también en simulaciones de laboratorio y experimentos geoquímicos.
De esta forma han separado en tres categorías a esta arcillas. Unas son ricas en magnesio formadas a altas temperaturas (100-400 °C) bajo la superficie (por ejemplo, mezclas de saponita, serpentina, clorita, talco y carbonato).
Un segundo tipo son arcillas formadas a temperaturas cálidas (20-50 °C) en lagos, arroyos o ambientes lluviosos (esmectitas dioctaédricas ricas en hierro o aluminio). Y la tercera clase son aluminosilicatos poco cristalinos como alofano formado a temperaturas frías (menos de 20 ° C).
Afloramientos de piroxenos (un tipo de silicatos) y minerales de arcillas en Mawrth Vallis, en el ecuador marciano, donde se aprecia cómo los valles fluviales cortan las secuencias sedimentarias arcillosas. / ESA/DLR
Estos nuevos datos sobre la formación de las arcillas marcianas ayudan a entender mejor cómo pudo ser el clima de Marte durante sus primeros miles de millones de años, durante las denominadas Eras Noéica y Hespérica. Ahora el planeta rojo se encuentra ahora en la Era Amazónica.
Periodos cálidos en medio del frío
El estudio postula que los ambientes cálidos a corto plazo, que ocurren esporádicamente en un Marte temprano generalmente frío, permitieron la formación de la esmectita superficial detectada en este planeta. Además, según los autores, hubo una relación entre la temperatura y el tiempo.
Para producir los afloramientos de esmectita observados se necesitarían temperaturas más frías (15-20 °C de máximas estacionales diurnas) durante períodos prolongados en los que la relación agua/roca en Marte fuera alta. Esto podría significar cientos de millones de años a una temperatura media global media de 5 °C en el planeta, lo cual es improbable dados los modelos actuales de la atmósfera.
"Sin embargo, este es un escenario intrigante que hemos estado explorando durante bastante tiempo para comprender la formación de arcillas a temperaturas frías globales, y aún estamos trabajando para entender mejor esta posibilidad", dice el coautor Alberto Fairén, del CAB.
El nuevo estudio concluye que las capas superficiales de esmectita se pudieron formar rápidamente en periodos cortos con temperaturas cálidas (25-40 °C de máximas estacionales diurnas) en un joven Marte frío en general. Esto supone desde decenas de miles hasta algunos millones de años a una temperatura promedio global de unos 10 °C a intervalos de cientos de millones de años. Estas temperaturas elevadas transitorias podrían haber sido causadas por vulcanismo, cambios de oblicuidad del planeta o grandes impactos de asteroides u otros objetos.
Comprender el clima en los comienzos de Marte permite delimitar cuando estuvo el agua líquida sobre su superficie y es esencial para determinar dónde buscar la vida en el planeta rojo. Las arcillas son el mineral hidratado más abundante en Marte, y definir sus condiciones de formación supone un gran paso hacia la comprensión del entorno geoquímico en este planeta. "Al final, para comprender completamente el entorno de los inicios de Marte", concluye Fairén, "las claves están en las pistas, y las pistas están en las arcillas".
Referencia bibliográfica:
Janice L. Bishop, Alberto G. Fairén, Joseph R. Michalski , Luis Gago-Duport, Leslie L. Baker, Michael A. Velbel, Christoph Gross and Elizabeth B. Rampe. “Surface clay formation during short-term warmer and wetter conditions on a largely cold ancient Mars”. Nature Astronomy, 5 de febrero de 2018.
