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MARTE, "análogos marcianos" - Alberto González Fairén

¿Qué son los ambientes análogos marcianos en la Tierra? ¿Por qué son útiles para buscar vida en Marte?

(Por Alberto González Fairén)

Capítulo 25 de CIENCIA, y además lo entiendo!!!

¿Qué es un “análogo marciano”?

Décadas de exploración científica han revelado que algunos lugares de la Tierra pueden ser similares a algunos de los entornos geológicos que han sido inferidos (en el pasado) u observados (en el presente) en Marte. Por lo tanto, los análogos terrestres de Marte son lugares de la Tierra que se caracterizan por presentar unas condiciones climáticas, mineralógicas, geomorfológicas y/o geoquímicas similares a las observadas en Marte, en el presente o en el pasado. Estos ambientes análogos terrestres representan una ventana a través de la cual podemos estudiar Marte sin salir de nuestro planeta.

Debemos tener siempre muy presente que cada uno de los análogos de Marte ha de ser comparado con un tiempo geológico marciano preciso y con un lugar específico de la geografía marciana, y que no existe ningún lugar en la Tierra que constituya un análogo perfecto y completo para toda la historia geológica y para toda la superficie de Marte. En cualquier caso, si bien cada uno de los análogos marcianos por sí solo no puede representar adecuadamente los cambios en las condiciones ambientales de Marte a través del tiempo, sí que podemos extraer lecciones valiosas sobre la posible habitabilidad de Marte en el presente y en el pasado mediante la combinación de la investigación de estos análogos con simulaciones realizadas en laboratorio y con los datos obtenidos a través de los orbitadores y las sondas que han aterrizado en Marte.

El estudio de  análogos marcianos vinculados a la historia geológica de Marte nos permite comprender mejor los procesos que han dado forma a la superficie del planeta, incluyendo su evolución geológica y geoquímica. También nos facilita la evaluación de la diversidad de ambientes en la superficie y en el subsuelo, tanto en el espacio y como en el tiempo; nos ayuda a determinar la mineralogía y el origen de ambientes únicos, que son importantes para la extrapolación de los resultados a Marte; y nos permite evaluar el potencial para la aparición de la vida y la preservación de los diferentes tipos de biomarcadores fósiles a través de la historia del planeta.

Muchos análogos terrestres reúnen condiciones geoquímicas que los hacen habitables únicamente para ciertos tipos de organismos muy especializados y adaptados a estos entornos. 

Al intentar comprender la historia de Marte a través del estudio de análogos terrestres, también obtenemos información relevante acerca de los límites de la vida en la Tierra, así como de la capacidad de los organismos para adaptarse y sobrevivir en ambientes donde el agua líquida se encuentra al límite de su estabilidad.

Las edades de Marte

La historia geológica de Marte está definida por tres etapas muy diferentes: el Noeico (desde la formación del planeta hasta hace 3.600 millones de años) fue una época que se caracterizó por la presencia de una atmósfera de cierta entidad y abundante agua líquida en la superficie, que formó ríos, lagos, deltas e incluso un océano, en un entorno climático en general muy frío, similar al Océano Glacial Ártico de la Tierra; el Hespérico (de 3.600 a ~ 3.000 millones de años atrás), un periodo de transición aún más frío, y semiárido, durante el que la atmósfera se volvió mucho más tenue, el agua de la superficie estaba en general congelada y los campos glaciares eran habituales; y, finalmente, el Amazónico (desde hace ~ 3.000 millones de años hasta la actualidad), que se caracteriza por ser un período de extrema sequedad y frío intenso, con una atmósfera cada vez más fina, y que ha convertido la superficie de Marte en el desierto árido y extremadamente frío que hoy conocemos.

Estas tres épocas climáticas globales definen también tres posibilidades diferentes desde el punto de vista de la habitabilidad de Marte: una etapa temprana, cuando los requisitos básicos para la vida tal y como la conocemos en la Tierra estaban presentes en Marte (agua líquida y fuentes de energía); una etapa intermedia, durante la que las soluciones líquidas se volvieron escasas y potencialmente no adecuadas para cualquier forma de vida; y la etapa más reciente, durante la cual las condiciones en la superficie han sido en gran parte prohibitivas para la vida, excepto tal vez en algunos nichos aislados.

Análogos marcianos en la Tierra

Durante las últimas décadas, se han propuesto un gran número de lugares de la Tierra como análogos marcianos, hasta el punto de que hoy se pueden contar por docenas. No obstante, la mayoría presenta un grado de analogía reducido, que se limita a una característica exclusivamente, ya sea climática, geoquímica o mineralógica. Tan solo un pequeño número de análogos marcianos pueden ser considerados realmente como tales, al mostrar un conjunto de rasgos que realmente los asemejan a ciertos paisajes marcianos, presentes o pasados. Entre ellos, los más destacables son:

1.       Análogo del Noeico (I)

La región de North Pole Dome, en Pilbara, Australia Occidental. El cratón de Pilbara se extiende sobre 60.000 km², e incluye rocas relativamente poco deformadas que datan del periodo Arcaico (hace entre 3.500 y 2.700 millones de años). El North Pole Dome se sitúa en     el centro del cratón, cubriendo un área de 600 km², y es una región de abundante vulcanismo antiguo que representa un análogo marciano muy válido, ya que  Marte presenta muchas regiones ricas en basaltos poco alterados. Las rocas máficas de Warrawoona incluyen algunos de los terrenos volcánicos más antiguos que se preservan en la Tierra, con una edad comparable a los basaltos de las tierras altas marcianas. Entre los materiales identificados han aparecido filosilicatos similares a las arcillas marcianas, en ambos casos formados por alteración hidrotermal de los flujos de lava basálticos. Algunas de las rocas del North Pole Dome contienen los restos de la biosfera de la Tierra más antiguos que se preservan, en forma de estromatolitos y posibles microfósiles, algunos de ellos con edades superiores a los 3.000 millones de años. El acceso a estos materiales para su estudio está facilitado por la diversidad de los afloramientos y la escasa vegetación de la zona.

2.       Análogo del Noeico (II)

RíoTinto, España. El Río Tinto se encuentra en la Faja Pirítica Ibérica (IPB), una formación geológica en el suroeste de España originada por actividad hidrotermal. El río Tinto fluye a través de los depósitos minerales de la IPB (principalmente hierro y sulfuros de cobre) hasta llegar al Océano Atlántico, dando lugar a la región ácida más grande del mundo. Las aguas del río Tinto tienen una alta concentración de ion férrico que mantiene la acidez de la solución (pH=2,3 de media) a lo largo de toda su longitud, a pesar de los cambios climáticos estacionales y la dilución debida a sus afluentes y la lluvia. La acidez extrema y la alta concentración de metales pesados ​​que se encuentran en el ecosistema del Tinto son la consecuencia directa de los procesos biológicos de los microorganismos oxidantes del hierro y del azufre que crecen en los depósitos de sulfuro metálico de la IPB. Se ha sugerido que las características geológicas del río y su entorno podrían ser similares a las de la región de Meridiani Planum (la zona de exploración del rover Opportunity) durante el Noeico.

3.       Análogo del Hespérico

La isla Axel Heiberg, en el archipiélago Ártico Canadiense. En las regiones del extremo norte del archipiélago Ártico Canadiense existen extensas acumulaciones de hielo masivo. Allí, el permafrost (mezcla de suelo y hielo) es denso y continuo, análogo al permafrost marciano. Estas características están presentes, por ejemplo, en las islas Ellesmere y Axel Heiberg. En Axel Heiberg existen diferentes manantiales de agua líquida que permanecen activos todo el año, incluso durante el invierno, soportando temperaturas muy por debajo de cero grados centígrados; algunos de estos manantiales se mantienen activos por la presión con la que el agua circula bajo la superficie, mientras que otros son de naturaleza hidrotermal. Ambos procesos, y algunos otros como la presencia de salmueras, podrían ayudar a explicar la presencia local de agua líquida en Marte durante el Hespérico. La isla Axel Heiberg, además, proporciona un entorno adecuado en términos climáticos y de presencia de hielo para ensayar los procedimientos de perforación y manipulación de muestras que han de completar nuestros robots en Marte (Figura 2).

4.       Análogo del Amazónico (I)

Desierto de Atacama, Chile. Las evidencias geológicas y la mineralogía del suelo sugieren que las condiciones hiperáridas han persistido en el desierto de Atacama durante al menos 10-15 millones de años; además, el registro sedimentario indica que la región ha sufrido un clima árido desde el Triásico tardío, lo que le convierte en el desierto más antiguo de la Tierra. Hay cuatro características fundamentales que convierten a Atacama en un interesante análogo marciano: 1) los suelos son muy antiguos (hasta 2 millones de años), extremadamente secos, y ricos en un conjunto de sales solubles similares a las encontradas en Marte; 2) muestra niveles extremadamente bajos de materia orgánica; 3) sostiene concentraciones muy bajas de bacterias del suelo; y 4) el suelo oxida igualmente L- y D-aminoácidos y L- y D-azúcares, debido a la presencia de oxidantes no biogénicos. Una de las similitudes más fascinantes entre los suelos del desierto de Atacama y los suelos de Marte, que también está vinculada a la sequedad extrema, es la acumulación natural de percloratos en la superficie del suelo. Los suelos de Atacama contienen la mayor concentración de perclorato encontrada en suelos de la Tierra y puede ser casi tan alta como las concentraciones observadas por la sonda Phoenix  y el rover MSL en Marte. Además, el desierto de Atacama contiene densos (de decenas a cientos de metros) depósitos evaporíticos, que mantienen el registro de antiguas condiciones acuosas y que son similares a los depósitos de sales identificados recientemente sobre regiones relativamente grandes de las tierras altas del sur de Marte (Figura 1).

Figura 1: Atacama: El Salar de Atacama (Chile), situado a los pies del volcán Licancabur en la precordillera andina, a 2500 metros sobre el nivel del mar y extendido sobre casi 100 km², conserva todavía algunas acumulaciones de agua entre los vastos depósitos de sales, como se puede ver en la imagen de la izquierda. El salar es producto del afloramiento de aguas subterráneas que, saturadas de sales, se evaporan dejando costras ricas en sal y minerales. La sonda Mars Odyssey ha revelado la presencia de más de 200 depósitos de sales en depresiones de hasta 25 km² distribuidas sobre las tierras altas del sur de Marte. El origen de estos depósitos puede encontrarse en un proceso análogo al que forma el Salar de Atacama. La imagen de la derecha muestra: (A) una vista general de algunos depósitos marcianos, y (B) y (C) aproximaciones en detalle que permiten apreciar la formación de polígonos por desecación. Los depósitos aparecen con tonalidades brillantes. (Fotografía de Atacama: A.G. Fairén; Marte: NASA/JPL/Arizona State University/University of Hawaii/University of Arizona).

5.       Análogo del Amazónico (II)

University Valley, en la Antártida. La Antártida está cubierta de hielo casi por completo, pero hay varios lugares libres de hielo que han sido reconocidos como análogos del regolito marciano. Los Valles Secos de la Antártida son la mayor región sin hielo del continente. En general, los valles tienen un clima desértico frío, la temperatura media anual oscila entre -17ºC y -25ºC, y la precipitación media anual es de menos de 50 mm/m². University Valley es un pequeño valle situado en las montañas Quartermain, que contiene un campo de nieve permanente en un extremo y un suelo de permafrost en el fondo del valle. Una comparación entre el perfil del hielo bajo la superficie en University Valley y el perfil observado en el subsuelo del polo norte de Marte por la sonda Phoenix ofrece similitudes interesantes, como que en ambos lugares existe una capa de permafrost seco por encima del suelo de hielo macizo, que la cantidad de hielo en el suelo aumenta o disminuye debido al intercambio de vapor con la atmósfera (y no de agua líquida), y que las temperaturas en la parte superior del suelo de hielo pueden exceder los 273 K. Por lo tanto, el permafrost seco y el suelo de hielo de University Valley se pueden equiparar con los suelos de Marte. Además, el permafrost de University Valley no muestra signos de presencia de actividad microbiana que se pueda detectar con los métodos de los que disponemos actualmente: es el único lugar de nuestro planeta que la vida no ha podido colonizar.

Figura 2: Ártico: La fotografía superior izquierda muestra un terreno en forma de polígonos en la margen derecha del fiordo “Expedición”, en la isla Axel Heiberg (Canadá), formados por la contracción y expansión estacional del hielo subsuperficial derivada de los cambios en la temperatura del suelo. Los polígonos miden entre 15 y 20 metros de lado. A la derecha, un detalle de las zanjas que configuran los polígonos. La imagen inferior izquierda fue obtenida por la sonda Mars Global Surveyor cerca del polo sur de Marte (86.9°S, 170.6°W), y muestra polígonos similares a los terrestres en morfología y tamaño. A la derecha, una imagen de la zona de amartizaje de la sonda Phoenix, que muestra polígonos de entre 1.5 y 2.5 metros de lado. Estos polígonos tan pequeños indican que el hielo no se encuentra a gran profundidad, y que se han producido cambios importantes en la temperatura en superficie recientemente. (Fotografías de Axel Heiberg Island: A.G. Fairén; Marte: NASA/JPL).

Perspectivas

Las investigaciones de los análogos marcianos en la Tierra están proporcionando un mayor conocimiento sobre la evolución climática, geológica, geoquímica y mineralógica de la superficie marciana. Estas investigaciones mejorarán nuestra comprensión de la vida en ambientes extremos y la preservación de biomarcadores en la Tierra, así como de la posibilidad de la presencia y preservación de evidencias de vida extinta o presente en Marte.

Web espacial org

Bibliografía:

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Alberto González Fairén

Doctor en Biología Molecular

Investigador Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) y Universidad Cornell.