La superficie de Marte parece estar cubierta de un posible combustible para cohetes

Un nuevo estudio revela que la densa atmósfera primitiva de Marte podría estar atrapada en su superficie arcillosa y que, en el futuro, este carbono podría ser recuperado y convertido en combustible, facilitando así misiones interplanetarias.

Crédito: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS.

Marte no siempre fue el desierto frío que conocemos hoy. Existe evidencia creciente de que, hace miles de millones de años, el agua fluía por la superficie del planeta rojo. Y si había agua, debió haber una atmósfera lo suficientemente espesa para evitar que se congelara. Sin embargo, hace unos 3.500 millones de años, el agua desapareció y la atmósfera, rica en dióxido de carbono, se adelgazó drásticamente, dejando solo un tenue rastro que persiste hasta hoy.

¿Adónde se fue la atmósfera de Marte? Esta pregunta ha sido un misterio central en los 4.600 millones de años de historia del planeta.

Para dos geólogos del MIT, la respuesta podría encontrarse en las arcillas del planeta. En un artículo publicado en Science Advances, proponen que gran parte de la atmósfera perdida de Marte podría estar atrapada en la corteza arcillosa del planeta.

El equipo sugiere que, cuando el agua aún estaba presente en Marte, el líquido pudo haber penetrado ciertos tipos de rocas, desencadenando una serie de reacciones que gradualmente extrajeron dióxido de carbono de la atmósfera y lo convirtieron en metano, un tipo de carbono que podría permanecer almacenado durante eones en la superficie arcillosa del planeta.

Procesos similares ocurren en algunas regiones de la Tierra. Los investigadores aplicaron su conocimiento sobre la interacción entre rocas y gases en nuestro planeta para entender cómo estos procesos pudieron haber actuado en Marte. Descubrieron que, dado el volumen estimado de arcilla en la superficie marciana, estas formaciones podrían almacenar hasta 1.7 bares de dióxido de carbono, lo que equivale aproximadamente al 80 % de la atmósfera original del planeta.

Los autores del estudio plantean que este carbono, atrapado en la superficie, podría ser recuperado y convertido en combustible para misiones futuras entre Marte y la Tierra.

«Basándonos en nuestros hallazgos en la Tierra, mostramos que es probable que procesos similares hayan operado en Marte y que cantidades considerables de CO2 atmosférico se hayan transformado en metano y hayan quedado atrapadas en las arcillas», argumentó Oliver Jagoutz, profesor de geología del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT y coautor del estudio. «Ese metano podría estar presente aún y, tal vez, incluso usarse como fuente de energía en Marte en el futuro».

El autor principal del estudio es Joshua Murray, quien recientemente se graduó con un doctorado del EAPS.

En las profundidades

El grupo de Jagoutz en el MIT busca identificar los procesos geológicos que impulsan la evolución de la litosfera terrestre, la capa exterior dura y frágil que incluye la corteza y el manto superior, donde se encuentran las placas tectónicas.

En 2023, Jagoutz y Murray se centraron en un tipo de arcilla superficial llamada esmectita, conocida por ser una trampa eficaz para el carbono. Un solo grano de esmectita contiene múltiples pliegues donde el carbono puede permanecer sin alterarse durante miles de millones de años. Los investigadores demostraron que la esmectita en la Tierra probablemente se formó a partir de la actividad tectónica y que, una vez expuesta en la superficie, actuó para extraer y almacenar suficiente dióxido de carbono de la atmósfera como para enfriar el planeta durante millones de años.

Bajo un microscopio, un solo grano de esta arcilla se asemeja a los pliegues de un acordeón. Estos pliegues son conocidos por ser trampas eficaces para el carbono orgánico. Crédito: Anthony Priestas/Universidad de Boston.

Poco después de publicar esos resultados, Jagoutz observó un mapa de la superficie de Marte y se dio cuenta de que gran parte del planeta estaba cubierta por arcillas de esmectita similares. ¿Podrían esas arcillas haber tenido un efecto similar en Marte y, de ser así, cuánto carbono podrían contener?

«Sabemos que este proceso ocurre y está bien documentado en la Tierra. Y estas rocas y arcillas también existen en Marte. Por eso, queríamos conectar los puntos», dijo el investigador del MIT.

Cada rincón y grieta

A diferencia de la Tierra, donde la esmectita se forma como consecuencia del movimiento de las placas continentales, no hay tal actividad tectónica en Marte. El equipo buscó otras formas en que las arcillas pudieron haberse formado en Marte, basándose en lo que se sabe sobre la historia y composición del planeta.

Por ejemplo, algunas mediciones remotas de la superficie marciana sugieren que al menos parte de la corteza del planeta contiene rocas ígneas ultramáficas, similares a las que forman esmectitas a través de la meteorización en la Tierra. Otras observaciones revelan patrones geológicos que recuerdan a ríos y afluentes terrestres, donde el agua pudo haber fluido e interactuado con las rocas subyacentes.

Jagoutz y Murray se preguntaron si el agua pudo haber reaccionado con las rocas ultramáficas profundas de Marte de una manera que produjera las arcillas que cubren la superficie hoy en día. Desarrollaron un modelo simple de la química de las rocas, basado en lo que se sabe sobre la interacción de las rocas ígneas con su entorno en la Tierra.

Aplicaron este modelo a Marte, donde se cree que la corteza está compuesta en su mayoría por roca ígnea rica en el mineral olivino. El equipo utilizó el modelo para estimar los cambios que estas rocas podrían haber experimentado, asumiendo que el agua existió en la superficie durante al menos mil millones de años y que la atmósfera era rica en dióxido de carbono.

Esquema de nuestro modelo de captura de carbono orgánico en el Marte primitivo. Crédito: J. Murray y O. Jagoutz.

«En esta etapa de la historia de Marte, creemos que el CO2 estaba en todas partes, en cada rincón y grieta, y el agua que se filtraba a través de las rocas estaba llena de CO2 también», comentó Murray.

Durante aproximadamente mil millones de años, el agua que se infiltraba en la corteza habría reaccionado lentamente con el olivino, un mineral rico en una forma reducida de hierro. Las moléculas de oxígeno en el agua se habrían unido al hierro, liberando hidrógeno como resultado y formando el hierro oxidado rojo que le da a Marte su color característico. Este hidrógeno libre se habría combinado entonces con el dióxido de carbono en el agua para formar metano. A medida que esta reacción avanzaba con el tiempo, el olivino se habría transformado lentamente en otro tipo de roca rica en hierro conocida como serpentina, que luego continuaría reaccionando con el agua para formar esmectita.

«Estas arcillas de esmectita tienen una gran capacidad para almacenar carbono», señaló Murray. «Así que utilizamos el conocimiento existente sobre cómo se almacenan estos minerales en arcillas en la Tierra y extrapolamos para decir: si la superficie de Marte tiene tanta arcilla, ¿cuánto metano se puede almacenar en esas arcillas?».

Los autores del nuevo estudio descubrieron que, si Marte está cubierto por una capa de esmectita de 1.100 metros de profundidad, esta cantidad de arcilla podría almacenar una gran cantidad de metano, equivalente a la mayor parte del dióxido de carbono en la atmósfera que se cree desapareció desde que el planeta se secó.

«Nuestras estimaciones del volumen global de arcilla en Marte son consistentes con la posibilidad de que una fracción significativa del CO2 inicial de Marte esté atrapada como compuestos orgánicos en la corteza rica en arcilla. En cierto modo, la atmósfera perdida podría estar escondida a plena vista», concluyó Murray.

Fuente: MIT. Edición: MP.