La tenue atmósfera primitiva de Marte

El rover Curiosity está explorando el cráter Gale, en el ecuador de Marte, desde 2012. El terreno que analiza Curiosity está compuesto fundamentalmente por secuencias sedimentarias depositadas en el fondo de un lago hace 3.500 millones de años. Estos sedimentos contienen diversos minerales secundarios, tales como arcillas o sulfatos, que indican que la superficie primitiva estuvo en contacto con el agua líquida. Sin embargo, Curiosity no ha encontrado carbonatos. Esto confirma los estudios de todas las sondas anteriores: los carbonatos son muy escasos en la superficie de Marte. 

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En la Tierra, los depósitos de carbonatos se forman en el fondo de lagos y mares al interaccionar el CO₂ de la atmósfera con el agua líquida: si hay mucho CO₂ en la atmósfera, se forman muchos carbonatos, como sucede en nuestro mundo; si hay poco, se forman pocos carbonatos. La importancia del CO₂ en los estudios de Marte radica en el hecho de que el CO₂ es un gas capaz de generar un potente “efecto invernadero” y por lo tanto calentar el planeta. Así, multitud de modelos paleoclimáticos aseguran que el Marte primitivo debía tener una atmósfera de al menos 1 bar de presión de CO₂ para poder mantener temperaturas en superficie compatibles con el agua líquida. Por lo tanto, la ausencia de carbonatos en Marte en general, y en Gale en particular, indica que el contenido en CO₂ de la atmósfera era muy bajo en el tiempo en que se depositaron los sedimentos del fondo de Gale que está estudiando Curiosity. 

Los resultados de nuestras investigaciones “in situ” con Curiosity y de nuestras simulaciones y modelos geoquímicos para determinar la cantidad de CO₂ en Marte hace 3.500 millones de años acaban de ser publicados. Es la primera vez que se cuantifica la concentración de CO₂ en la atmósfera del Marte primitivo mediante el análisis directo de muestras sobre la superficie marciana. Nuestros datos demuestran que el nivel de CO₂ en la atmósfera de Marte en el tiempo en que se depositaron los sedimentos de Gale era entre 10 y 100 veces inferior al mínimo requerido para que la temperatura en superficie estuviera por encima del punto de congelación del agua líquida. 

Nuestros resultados suponen un reto para entender las investigaciones previas de Curiosity. Por un lado, durante 4 años el rover ha recopilado una ingente cantidad de datos (mineralógicos, sedimentarios, estructurales) que demuestran que los sedimentos de Gale se depositaron en el fondo de un lago de agua líquida. Pero, por otro lado, nuestros resultados publicados ahora demuestran que la atmósfera de Marte no contenía el CO₂ mínimo necesario para proveer temperaturas en superficie compatibles con la existencia de ese lago de agua líquida en Gale. 

Es la primera vez que se cuantifica la concentración de CO₂ en la atmósfera del Marte primitivo mediante el análisis directo de muestras sobre la superficie marciana

Esta contradicción evidente tiene dos posibles explicaciones: o bien no hemos desarrollado aún los modelos climáticos adecuados para explicar las condiciones ambientales de Marte al principio de su historia; o bien todas las secuencias sedimentarias de Gale se formaron en realidad en un clima muy frío. La segunda opción gana credibilidad si se recuerda que la geomorfología de Gale se estableció en un entorno caracterizado por formaciones glaciares y periglaciares, con abundancia de hielo modificando el terreno, pero también con cierta cantidad de agua líquida, como detallamos hace un par de años en otro artículo. Además, el agua líquida en el Marte antiguo habría sido particularmente salada, contribuyendo a su estabilidad a bajas temperaturas, como también demostramos hace algunos años en otro trabajo. En un entorno con esas características, aunque el hielo sería la fase dominante del agua, el agua líquida sería abundante también, y la formación de arcillas y sulfatos sería esperable en lugares y/o momentos específicos, por ejemplo estacionalmente o en lagos de agua líquida y salada cubiertos por una capa de hielo. La imagen resultante que mejor describiría Gale hace 3.500 millones de años sería, por lo tanto, la de un lago glaciar salado, rodeado por enormes masas de hielo, parcialmente y/o estacionalmente cubierto por el hielo, y soportando un clima muy frio: un entorno similar a las costas del Ártico terrestre hoy. 

La duda que nos queda todavía por resolver es cómo eran el clima y la atmósfera de Marte desde la formación del planeta, hace unos 4.500 millones de años, hasta que se estableció el lago de Gale. Esos primeros mil millones de años fueron testigos de un Marte muy diferente: Curiosity ha demostrado que la cantidad de agua sobre el planeta en tiempos anteriores al lago de Gale era aproximadamente el doble de la que persistía hace 3.500 millones de años, y que la atmósfera marciana inicial había sido también mucho más potente que la que cubría el lago de Gale. En consecuencia, si Marte pudo albergar un lago glaciar cerca del ecuador y protegido tan solo por una atmósfera tenue hace 3.500 millones de años, no requiere un gran esfuerzo de imaginación pensar cómo habría sido el planeta 500 o 600 millones de años antes, con una atmósfera de CO₂ más potente y mucho más agua en superficie. Tal vez sea tiempo ya de enviar nuestro próximo rover a estudiar terrenos verdaderamente primitivos de Marte, que nos permitan conocer la realidad del paisaje marciano más antiguo.

Alberto González Fairén es investigador en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) en Madrid, y en el Departamento de Astronomía de la Universidad Cornell en Nueva York.