Desconcierto científico porque no hubo CO2 en el Marte con agua líquida

El sol antiguo era cerca de un tercio menos caliente y los modeladores del clima luchan para producir los escenarios que consiguen que una superficie de Marte bastante caliente para mantener el agua sin congelarse.

Una teoría principal es tener una atmósfera de dióxido de carbono más gruesa que forma una manta de gases de efecto invernadero, ayudando a calentar la superficie del Marte antiguo. Sin embargo, de acuerdo con un nuevo análisis de los datos de Mars Rover Curiosity de la NASA, Marte tenía demasiado poco dióxido de carbono hace unos 3.500 millones de años para proporcionar suficiente efecto invernadero para el deshielo.

La misma roca madre marciana en la que Curiosity encontró sedimentos de un antiguo lago donde los microbios podrían haber prosperado es la fuente de la evidencia que agrega al dilema acerca de cómo tal lago podría haber existido. Curiosity no detectó minerales de carbonato en las muestras del lecho de roca que analizó.

El nuevo análisis concluye que la escasez de carbonatos en ese lecho de roca significa que la atmósfera de Marte cuando el lago existía - hace unos 3.500 millones de años - no podría haber tenido mucho dióxido de carbono.

Thomas Bristow, del Centro de Investigación Ames de la NASA, en Moffett Field, California, dijo en un comunicado: "Hemos estado particularmente impresionados por la ausencia de minerales carbonatados en la roca sedimentaria que el rover ha examinado. Sería muy difícil obtener agua líquida aunque hubiera cien veces más dióxido de carbono en la atmósfera que lo que nos dice la evidencia mineral en la roca".

Bristow es el investigador principal para el instrumento de Química y Mineralogía (CheMin) sobre Curiosity y autor principal del estudio que se publica esta semana en PNAS.

Curiosity no ha hecho ninguna detección definitiva de carbonatos en ninguna de las rocas del lecho del lago muestreadas desde que aterrizó en el cráter Gale en 2011. CheMin puede identificar el carbonato si representa sólo un pequeño porcentaje de la roca. El nuevo análisis de Bristow y 13 co-autores calcula la cantidad máxima de dióxido de carbono que podría haber estado presente, en consonancia con esa escasez de carbonato.

En el agua, el dióxido de carbono se combina con iones cargados positivamente como el magnesio y hierro ferroso para formar minerales de carbonato. Otros minerales en las mismas rocas indican que los iones estaban fácilmente disponibles. Los otros minerales, como la magnetita y los minerales de arcilla, también proporcionan evidencia de que las condiciones subsiguientes nunca llegaron a ser tan ácidas que los carbonatos se hubieran disuelto, como puede ocurrir en las aguas subterráneas ácidas.

El dilema se ha estado construyendo durante años: la evidencia sobre los factores que afectan las temperaturas de la superficie - principalmente la energía recibida del sol joven y la cobertura proporcionada por la atmósfera del planeta - se suma a un desajuste con evidencia extendida para redes de ríos y lagos en el antiguo Marte. Claves como las proporciones de isótopos en la atmósfera marciana de hoy indican que el planeta una vez tuvo una atmósfera mucho más densa que ahora.

Sin embargo, los modelos teóricos del antiguo clima marciano luchan para producir condiciones que permitan el agua líquida en la superficie marciana durante muchos millones de años. Un modelo exitoso propone una atmósfera gruesa de dióxido de carbono que también contiene hidrógeno molecular. Sin embargo, la forma en que se generaría y mantendría tal atmósfera es controvertida.

El nuevo estudio fija el rompecabezas a un lugar y una hora en particular, con un control sobre el terreno de los carbonatos exactamente en los mismos sedimentos que contienen el registro de un lago cerca de mil millones de años después de que el planeta se formó.

Durante las dos últimas décadas, los investigadores han utilizado espectrómetros en órbitas de Marte para buscar carbonato que podría haber resultado de una era temprana de dióxido de carbono más abundante. Han encontrado mucho menos de lo previsto.

"Ha sido un misterio por qué no se ha visto mucho carbonato desde la órbita", dijo Bristow. "Se podría salir del dilema diciendo que los carbonatos pueden todavía estar allí, pero no podemos verlos de la órbita porque están cubiertos por el polvo, o enterrados, o no estamos mirando en el lugar correcto. Los resultados de Curiosity llevan la paradoja a un foco, esta es la primera vez que revisamos los carbonatos en el suelo en una roca que sabemos formada 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 cuando el lago existió, o que habría producido suficiente carbonato para que CheMin de Curiosity lo detectara. Un milibar es una milésima de la presión de aire del nivel del mar en la Tierra. La atmósfera actual de Marte es menos de 10 milibares y aproximadamente 95 por ciento de dióxido de carbono.

"Este análisis encaja con muchos estudios teóricos de que la superficie de Marte, incluso hace mucho tiempo, no era lo suficientemente cálida como para que el agua fuera líquida", dijo Robert Haberle, científico de la NASA Ames en el clima de Marte y coautor del artículo. "Es realmente un rompecabezas para mí."

Los investigadores están evaluando múltiples ideas sobre cómo conciliar el dilema. "Algunos piensan que tal vez el lago no era un cuerpo abierto de agua líquida, tal vez era líquido cubierto de hielo", dijo Haberle. "Aún se podrían conseguir algunos sedimentos para acumularse en el lecho del lago si el hielo no fuera demasiado espeso."

Un inconveniente de esta explicación es que el equipo del rover ha buscado sin éxito en el cráter Gale evidencia que se esperaría de los lagos cubiertos de hielo, tales como grietas grandes y profundas llamadas cuñas de hielo, o 'dropstones', que se incrustan en el lago cuando los sedimientos penetran en el hielo.

Si los lagos no estaban congelados, el rompecabezas se hace más desafiante por el nuevo análisis de lo que la falta de una detección de carbonato por Curiosity implica sobre la atmósfera marciana antigua. "El recorrido de Curiosity a través de los arroyos, deltas y cientos de metros verticales de barro depositados en los lagos antiguos exige un vigoroso sistema hidrológico que suministre el agua y los sedimentos para crear las rocas que estamos encontrando", dijo Ashwin Vasavada, del Jet Propulsion Laboratory. "El dióxido de carbono, mezclado con otros gases como el hidrógeno, ha sido el principal candidato para la influencia del calentamiento necesaria para un sistema de este tipo. Este sorprendente resultado parece sacarlo de la carrera".

Cuando dos líneas de evidencia científica parecen irreconciliables, la escena puede ser establecida para un avance en la comprensión de por qué no lo son. La misión Curiosity continúa investigando las antiguas condiciones ambientales en Marte.