Antiguas reservas de agua dentro de Marte

Los meteoritos cuentan la historia temprana del Planeta Rojo.

Meteorito marciano NWA 7034, también conocido como «Black Beauty» y Marte.
Crédito: Museo de Historia Natural, Londres.

Según un nuevo estudio, el manto de Marte puede contener múltiples reservorios distintos de agua unida a minerales preservados de la historia temprana del planeta.

Escribiendo en la revista Nature Geoscienc e, investigadores de los EE. UU., El Reino Unido y Alemania dicen que sus hallazgos sugieren que el manto tiene una composición química diversa , o sea no homogénea y podría no haberse formado a partir de un océano de magma global.

La composición isotópica de hidrógeno en Marte proporciona información sobre diferentes depósitos de agua en el planeta, y los modelos existentes de la formación del planeta han asumido que el manto tiene una composición homogénea de isótopos de hidrógeno.

Sin embargo, las variadas composiciones isotópicas de las rocas y la atmósfera del planeta han complicado estos modelos y la identificación de reservorios de agua distintos en y sobre Marte.

En el trabajo reciente, un equipo dirigido por Jessica Barnes del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona, EE. UU., analizó químicamente la composición de isótopos de hidrógeno de minerales de dos meteoritos de la corteza del planeta, donde interactuaron con el agua.

El meteorito Allan Hills 84001.
El pequeño cubo a la derecha tiene 1cm de lado.
Crédito: NASA.

Y no cualquier meteorito. Sus elegidos fueron el famoso Allan Hills 84001 (controvertido en la década de 1990 por supuestamente contener microbios marcianos) y Black Beauty (también conocido como África del Noroeste 7034), que se formó cuando un gran impacto combinó varias piezas de corteza marciana.

Meteorito de África del Noroeste 7034.
Crédito: Instituto de Meteorítica de la UNM.

Descubrieron que los dos tienen una composición de isótopos de hidrógeno similar, y que esta composición también es similar a la del material más reciente de la corteza, lo que indica que la composición del agua ha sido constante durante los últimos 3.900 millones de años.

Luego compararon esto con los datos de otros meteoritos marcianos provenientes del manto, y descubrieron que el manto de Marte contiene al menos dos depósitos de agua unida a minerales, que tienen distintas composiciones de isótopos de hidrógeno.

«Estas dos fuentes diferentes de agua en el interior de Marte podrían decirnos algo sobre los tipos de objetos que estaban disponibles para fusionarse en los planetas rocosos internos», dice Barnes.

Dos planetesimales distintos con contenidos de agua muy diferentes podrían haber chocado y nunca haberse mezclado completamente, agrega, y señala que este contexto «también es importante para comprender la habitabilidad y la astrobiología del pasado de Marte».

El agua encerrada en las rocas de la Tierra no está fraccionada, lo que significa que no se desvía mucho del valor de referencia estándar del agua del océano. Sin embargo, la atmósfera de Marte está muy fraccionada: está poblada principalmente por deuterio o hidrógeno pesado.

Las mediciones (de la composición isotópica de hidrógen) de meteoritos marcianos, muchos excavados desde las profundidades del planeta por eventos de impacto, abarcan toda la gama entre las mediciones de la atmósfera de la Tierra y de Marte, dice Barnes.

Ella y sus colegas se dispusieron a investigar la composición de isótopos de hidrógeno de la corteza marciana mediante el estudio de muestras que sabían que se originaron allí. Black Beauty fue especialmente útil, porque es una mezcla de material de superficie de muchos puntos diferentes en la historia del planeta.

Las proporciones isotópicas de las muestras de meteoritos cayeron a mitad de camino entre el valor de las rocas de la Tierra y la atmósfera de Marte. Cuando se compararon los hallazgos con estudios anteriores, incluidos los resultados del Curiosity Rover, parece que este fue el caso de la mayor parte de los cuatro mil millones de años de historia de Marte.

«Pensamos, ok, esto es interesante, pero también un poco extraño», dice Barnes. «¿Cómo explicamos esta dicotomía donde la atmósfera marciana se está fraccionando, pero la corteza básicamente se mantiene igual durante el tiempo geológico?»

También enfrentaron, dicen, el tratar de explicar por qué la corteza parecía tan diferente del manto marciano, la capa de roca que se encuentra debajo.

«Los meteoritos marcianos básicamente se trazan por todo el lugar, por lo que tratar de averiguar qué nos dicen estas muestras sobre el agua en el manto de Marte ha sido históricamente un desafío», dice Barnes. «El hecho de que nuestros datos para la corteza eran tan diferentes nos llevó a revisar la literatura científica y analizar los datos «.

Descubrieron que dos tipos de rocas volcánicas geoquímicamente diferentes, las shergottitas enriquecidas y las shergottitas agotadas, contienen agua con diferentes proporciones de isótopos de hidrógeno. Las shergottitas enriquecidas contienen más deuterio que las shergottitas agotadas, que son más parecidas a la Tierra.

Ilustración que muestra los actuales depósitos de hidrógeno en y sobre Marte. 
Las fracciones de masa (gráfico circular) del agua marciana se basan en la masa de agua en la corteza a granel (C), el manto (M) y el inventario combinado (A) de la atmósfera y los depósitos de hielo polar (PID).  La fracción de masa del manto es la combinación de shergottites empobrecidos (DS) y shergottites enriquecidos (ES). 
Crédito de la imagen: Barnes  et al , doi: 10.1038 / s41561-020-0552-y.

«Resulta que si mezclas diferentes proporciones de hidrógeno de estos dos tipos de shergottites, puedes obtener el valor de la corteza», dice Barnes.

Ella y sus colegas creen que las shergottitas están registrando las firmas de dos depósitos diferentes de hidrógeno y, por extensión, de agua dentro de Marte. La gran diferencia sugiere que más de una fuente podría haber contribuido con agua a Marte y que Marte no tuvo un océano de magma global.

Fuente: Cosmos Magazine.

Artículo original: «Ancient water reservoirs inside Mars«. Marzo 31, 2020.

Material relacionado:

La noticia presentada en los medios:

Nota del editor: Jessica Barnes fue mi Profesora en la «Open University», UK, hace 6 años en el Curso sobre las «Lunas del Sistema Solar» ofrecido por el Dr. David Rothery. Ella estaba cursando el doctorado en ese momento y nos dio la parte del curso sobre geología lunar, a partir del examen de las muestras traídas durante el Programa APOLO. Me llena de alegría ver este logro temprano en su carrera, que representa un verdadero triunfo en el ámbito de la investigación planetaria.

Sobre el meteorito Alla Hills 84001:

Los glóbulos de carbonato contenidos en ALH 84001 poseen una composición que apoya su formación en varios episodios de filtrado de agua ocurridos hace unos 4000 millones de años:

  • ALH 84001. USRA / Lunar and Planetary Institute.

Video:

Sobre el meteorito del Noroeste de África o Black Beauty:

Video:

Sobre la evolución del Hidrógeno en Marte:

Un estudio original, ahora clásico, del investigador argentino Dr. Gerónimo Villanueva da como resultado aparte de una estimación de la cantidad de agua perdida por el planeta durante su evolución, también nos ofrece una estimáción del enriquecimiento de la relación Deuterio / Hidrógeno en la historia de Marte:

Strong water isotopic anomalies in the martian atmosphere: Probing current and ancient reservoirs. G. L. Villanueva, M. J. Mumma et al. Science  10 Apr 2015: Vol. 348, Issue 6231, pp. 218-221. DOI: 10.1126/science.aaa3630

La evolución de la relación Deuterio / Hidrógeno está directamente relacionada a la desaparación temprana del campo magnético global del planeta (el campo magnético actual se encuentra concentrado en varias zonas aisladas en el hemisferio sur del planeta) que dejó expuesta a la atmósfera del planeta a la acción del viento solar, tema que fue el objetivo de estudio de la Misión MAVEN de la NASA. Los siguientes dos artículos examinan el tema, y contienen además una completa selección de recursos sobre él:

Sobre el proceso de diferenciación planetaria:

El siguiente artículo presenta dos procesos de transformación planetaria, siendo uno de ellos la diferenciación:

Presento un ejemplo clásico: La diferenciación de la Luna:

Evolución de la Luna. Desde el océano de magma al presente.
Crédito: NASA / Goddard Space Flight Center.

En la década de 1970, a partir de las rocas lunares traídas por los astronautas del APOLO, surgió una teoría que en la infancia de la Luna, un océano hecho de magma cubría su superficie. Cuando el océano fundido comenzó a calmarse y enfriarse, los minerales más ligeros flotaron hasta la cima, mientras que los componentes más pesados ​​se hundieron. La parte superior formó una corteza de lámina de basalto, que encierra el manto de minerales densos, como el olivino y el piroxeno.

Del estudio de las rocas traidas por el Programa Apolo, surgió la hipótesis del Océano de Magma Lunar que sugiere que durante su formación, la Luna tuvo un Océano global de magma, como consecuencia del calentamiento por acumulación de material (Acreción). El material fundido comenzó a enfriarse y diferenciarse poco después de la acreción, lo que condujo a la formación de la antigua corteza primaria de las tierras altas observada en la superficie lunar. Mientras que la hipótesis del océano de magma lunar proporciona un modelo simple para la formación de la corteza lunar a escala global, se necesita un modelo más complejo para describir completamente la evolución lunar en detalle.
Crédito: National Research Council, 2007.

¿Cómo se sabe que un planeta tuvo en su evolución un océano de magma?

El siguiente artículo presenta un trabajo detectivesco llevado adelante por investigadroes del Massachusetts Institute of Technology (MIT) donde responden la pregunta para el caso de Mercurio:

Curiosidades:

La Controversia planteada por el meteorito Allan Hills 84001.

En 1996, investigadores dirigidos por David McKay, Everett Gibson y Kathie Thomas-Keprta del Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston sugirieron que podrían haber encontrado fósiles microbianos en un meteorito de Marte conocido como Allan Hills 84001 (ALH 84001). (Los impactos cósmicos en Marte pueden ser lo suficientemente potentes como para volar rocas del planeta rojo, una fracción de la cual se estrella en la Tierra, la Luna y otros cuerpos del Sistema Solar).

El meteorito fue descubierto por primera vez en 1984 por geólogos que viajaban en motos de nieve a través de la región de Allan Hills en la Antártida. Los científicos piensan que ALH 84001 se formó originalmente hace 4 mil millones de años en Marte y aterrizó en la Tierra hace unos 13,000 años.

La sugerencia de los científicos del Centro Espacial Johnson de la existencia de fósiles microbianos en el meteorito, dividió a la comunidad científica en grupos a favor y en contra, dando lugar a una controversia que persiste al día de hoy. Los siguientes artículos presentan el tema:

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