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Agua líquida en Marte a temperaturas
por debajo de 0°C
Alberto González Fairén
La geomorfología marciana exhibe pruebas evidentes de la presencia de cantidades importantes de agua líquida sobre la superficie del planeta en el pasado. Pero los modelos climáticos aseguran que Marte nunca tuvo una temperatura media en superficie por encima del punto de congelación del agua pura. Sin embargo, algunas soluciones acuosas cargadas de sales pudieron permanecer en estado líquido a temperaturas decenas de grados bajo cero.
arte es hoy un mundo extremadamente frío y seco, con una temperatura media en superficie de -50°C. Pero las huellas geológicas de la presencia de agua líquida fluyendo sobre su superficie son abundantes y evidentes: desde posibles cuencas oceánicas antiguas que ocupan un tercio del planeta en el hemisferio norte, hasta pequeñas escorrentías contemporáneas en las paredes de algunos cráteres de impacto, pasando por huellas de valles fluviales y de grandes canales de avalanchas, restos de deltas en la desembocadura de algunos ríos o afloramientos rocosos estratificados (Figura 1) (más información click aquí). También la mineralogía de la superficie de Marte revela la presencia de agua líquida, ya que la existencia de sulfatos mono y polihidratados (hexahidrita, epsomita o yeso), filosilicatos (arcillas), sales de cloro, y trazas de carbonatos, implica la acción de agua líquida interaccionando con los materiales de la superficie durante tiempo prolongado (Figura 2).
Estratificación regular en el interior del cráter Becquerel
Figura 1: Estratificación regular en el interior del cráter Becquerel debida a la evaporación de agua líquida.
(NASA/JPL-Caltech/University of Arizona) Click para ampliar...!
Cráter Jezero
Figura 2: Filosilicatos (verde) en un antiguo delta en el cráter Jezero. (Ehlmann et al., 2008) Click para ampliar...!
Para explicar la estabilidad del agua en fase líquida al principio de la historia geológica de Marte, se ha sugerido que la atmósfera era mucho más densa que la actual, y que llegó a tener una presión de hasta 2 bares, básicamente de CO2. Para incrementar el calentamiento de la superficie, los modelos climáticos sostienen que la atmósfera contenía además diversas cantidades adicionales de otros gases, tales como CH4, NH3, SO2, H2S o vapor de agua. Sin embargo, la combinación de CO2-H2O es incapaz de elevar la temperatura de la superficie por encima de -30°C, la cantidad de CH4 precisa para subir la temperatura media por encima de 0°C requiere la existencia de una fuente biológica como la terrestre, el NH3 es consumido por fotólisis en menos de 10 años, y el SO2 y el H2S tienen unos tiempos de residencia en la atmósfera muy reducidos, aparte de que la atmósfera actual no contiene gases con azufre a niveles detectables. En consecuencia, los resultados de las simulaciones del clima primitivo de Marte, aun incluyendo toda la posible variedad de gases de efecto invernadero que se pueden asumir en la atmósfera del planeta, revelan que la superficie marciana nunca estuvo por encima de -25°C.

Durante los últimos dos años he estado trabajando en esta paradoja junto con mis compañeros en NASA Ames Alfonso Davila y Christopher McKay, y en colaboración con Luis Gago Duport, de la Universidad de Vigo, y Ricardo Amils, del Centro de Astrobiología en Madrid. Los últimos resultados de nuestros análisis han sido presentados esta semana, en un artículo titulado “Stability against freezing of aqueous solutions on early Mars” publicado por la revista Nature. A partir de la composición elemental de los suelos de Marte descrita por las sondas Viking 1 y 2, Pathfinder, Opportunity y Spirit (Figura 3), recreamos la composición de las soluciones acuosas que los formaron. A continuación, simulamos diversos procesos de evaporación y congelación cuyo resultado final fuera la desaparición del agua y la recuperación de los suelos originales, estudiando la secuencia de fases minerales que permanecían disueltas o precipitaban y las características geoquímicas de las soluciones en cada fase del proceso. Al analizar las propiedades de las masas acuosas verificamos que la actividad iónica se incrementaba sustancialmente durante el proceso, tal como se esperaba. El contenido en sales bajó el punto de congelación de las soluciones, permitiendo así que permanecieran estables en diferentes proporciones a temperaturas bajo cero. En concreto, determinamos que a -10, -25, -30 y -50°C, hasta un 78, 22, 14 y 6% del agua inicial permanecía en estado líquido. Estos valores se pueden comparar directamente con lo que se espera que suceda con el agua de los océanos de la Tierra, en la que a -10 y -50°C tan sólo el 20 y el 0.31% del agua permanecería en estado líquido. Además, las fases minerales que precipitaban al eliminar el agua totalmente eran las mismas que las que han sido identificadas en diversos lugares de la superficie de Marte (arcillas, sulfatos, óxidos de hierro, trazas de carbonatos).

Por lo tanto, Marte pudo tener sobre su superficie gran cantidad de agua líquida, formando ríos, lagos y mares, tal como se aprecia en el registro geológico. Pero las masas de agua marcianas eran muy diferentes de las de la Tierra. Los ríos y océanos eran salinos y extremadamente fríos, además de ácidos (más información click aquí), y se encontraban cubiertos en parte por capas de hielo de diferente magnitud, con gran cantidad de icebergs y albergando enormes masas de hielo polar (Figura 4). La imagen de Marte que se deriva de estos resultados dista por tanto bastante de la idea convencional del Marte primitivo templado y reconocible para los habitantes de la Tierra, y es sustituida por un paisaje totalmente diferente al de nuestro planeta primitivo o actual, realmente de otro mundo.
El rover Spirit analizando un afloramiento rocoso
Figura 3: El rover Spirit analizando un afloramiento rocoso. (Cornell, JPL, NASA) Click para ampliar...!
Impresión artística de un lago hipersalino en el cráter Gusev
Figura 4: Impresión artística de un lago hipersalino en el cráter Gusev. (K. Veenenbos) Click para ampliar...!
Un resultado adicional de nuestro trabajo tiene que ver con la habitabilidad de las soluciones marcianas primitivas. Como se ha mencionado aquí anteriormente, investigaciones previas han sugerido que la actividad del agua marciana pudo estar entre 0.70 y 0.85, lejos del límite que parece adecuado para la vida en la Tierra, que se sitúa por encima de 0.98. Pero los cálculos que llevaron a estos resultados fueron realizados en soluciones a 25°C, y por tanto su aplicación a Marte es extremadamente discutible. En realidad, la actividad del agua depende únicamente de la salinidad y de la temperatura. Al calcular la actividad del agua de las soluciones descritas anteriormente, en un rango de temperaturas entre 0 y -30°C, encontramos que los valores finales nunca eran inferiores a 0.90, y eran superiores a 0.98 a temperaturas por encima de -20°C. Una gran variedad de organismos terrestres están perfectamente adaptados a habitar entornos que se encuentran a estas temperaturas, empleando estrategias que van desde el aumento de la fluidez de sus membranas para que no se congelen hasta la reducción del tamaño, pasando por la esporulación, la latencia o el uso de sustancias anticongelantes intracelulares. De hecho, se ha medido actividad metabólica en microorganismos a -25°C que habitan inclusiones fluidas en el hielo del Ártico, la Antártida y Groenlandia. Por lo tanto, en las soluciones acuosas derivadas de la composición real de los suelos analizada por las sondas de descenso sobre Marte, y a las temperaturas esperadas para la superficie marciana al principio de su historia, la vida tal como la conocemos en la Tierra hubiera sido posible.
 
 
San Francisco (California), EEUU, 21 de Mayo de 2009.
 
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