¿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.
Bibliografía:
Amils, R., González-Toril, E.,
Fernández-Remolar, D., Gómez, F., Aguilera, A., Rodríguez, N., Malki, M.,
García-Moyano, A., Fairén, A.G., de la Fuente, V., and Sanz, J.L. (2007). “Extreme environments as Mars terrestrial analogs: the Río Tinto case”.
Planet Space Sci 55:370–381.
Andersen, D.T., Pollard, W.H., McKay, C.P., and Heldmann, J. (2002)
“Cold springs in permafrost on Earth and Mars”. J Geophys Res 107,
doi:10.10129/2000JE001436.
Benison, K.C. and La Clair, D.A. (2003)
“Modern and ancient extremely acid saline deposits: terrestrial analogs for
Martian environments?” Astrobiology
3:609–618.
Catling, D.C., Claire, M.W., Zahnle, K.J., Quinn, R.C., Clark, B.C.,
Hecht, M.H., and Kounaves, S. (2010) “Atmospheric origins of perchlorate on
Mars and in the Atacama”. J Geophys Res 115, doi:10.1029/2009JE003425.
Mahaney, W.C., Dohm, J.M., Baker, V.R.,
Newsom, H.E., Malloch, D., Hancock, R.G.V., Campbell, I., Sheppard, D., and
Milner, M.W. (2001) “Morphogenesis of Antarctic paleosols: martian analog”.
Icarus 154:113–130.
Alberto
González Fairén
Doctor en Biología Molecular
Investigador Centro de
Astrobiología (CSIC-INTA) y Universidad Cornell.
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