Explicada la pérdida de carbono en la atmósfera marciana

Procesos de intercambio y pérdida de carbono en Marte. Crédito: Lance Hayashida/Caltech.

Marte está cubierto por una delgada atmósfera compuesta principalmente por dióxido de carbono, pero es tan tenue que no puede impedir que el agua se congele o que se evapore rápidamente. Sin embargo, la evidencia geológica ha llevado a los científicos a concluir que el Marte antiguo fue un lugar más cálido y húmedo que hoy. Para producir un clima más temperado, varios investigadores han sugerido que en el pasado el planeta estuvo cubierto por una atmósfera de dióxido de carbono mucho más gruesa. Durante décadas la pregunta ha sido, “¿dónde se fue todo el carbono?”.

El viento solar arrancó gran parte de la atmósfera del Marte antiguo y sigue removiendo toneladas de la atmósfera cada día. Pero los científicos se han preguntado por qué no han encontrado más carbono –en forma de carbonato– capturado dentro de las rocas marcianas. También han buscado explicar la relación entre carbonos más pesados y ligeros en la atmósfera marciana moderna.

Ahora, en un nuevo estudio un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de California y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, ofrece una explicación para el carbono “perdido”.

El equipo sugiere que hace 3.800 millones de años, Marte pudo haber tenido una atmósfera moderadamente densa. Dicha atmósfera –con una presión superficial menor o igual que la de la Tierra– pudo haber evolucionado hasta la actual, no solo sin el problema del carbono perdido, sino también en una manera consistente con la relación observada de carbono-13 a carbono-12.

Al considerar cómo fue que la atmósfera de Marte evolucionó hasta su estado actual, existen dos posibles mecanismos para explicar la remoción del exceso de dióxido de carbono; el dióxido de carbono fue incorporado en los minerales de las rocas llamados carbonatos o escapó hacia el espacio.

Un estudio reciente usó datos de varias sondas en órbita alrededor de Marte medir los carbonatos, mostrando que no los hay en el kilómetro superior o en la corteza para contener el carbono perdido de una atmósfera temprana gruesa durante un tiempo en que las redes de canales de ríos antiguos estaban activas, hace unos 3.800 millones de años.

El escenario de escape al espacio también ha sido problemático. Dado que varios procesos pueden cambiar las cantidades relativas de isótopos de carbono-13 a carbono-14 en la atmósfera, “podemos usar estas mediciones de la relación en diferentes puntos en el tiempo como una huella digital para inferir exactamente qué le ocurrió a la atmósfera en el pasado”, dice Hu. La primera restricción está dada por las mediciones de la relación en los meteoritos que contienen gases liberados volcánicamente desde las profundidades de Marte, proporcionando información de la relación isotópica inicial de la atmósfera marciana original. La relación actual proviene de las mediciones realizadas por el rover Curiosity de la NASA.

Una manera en que el dióxido de carbono escapa desde la atmósfera de Marte hacia el espacio es llamada “erosión”, que involucra interacciones entre el viento solar y la atmósfera superior. Resultados recientes de la misión MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) de la NASA indican que aproximadamente 100 gramos de partículas son arrancadas cada segundo de la atmósfera de Marte mediante este proceso, probablemente el principal responsable de la pérdida atmosférica. La erosión favorece ligeramente la pérdida de carbono-12, comparado con el carbono-13, pero este efecto es pequeño. Las mediciones de Curiosity demuestran que la atmósfera marciana actual está mucho más enriquecida de carbono-13 –en relación al carbono-12– de lo que debería si fuera solo debido a la erosión, por lo que debe existir un proceso más.

Hu y sus coautores identifican un mecanismo que podría haber contribuido significativamente al enriquecimiento de carbono-13. El proceso comienza cuando la luz ultravioleta (UV) del Sol impacta una molécula de dióxido de carbono en la atmósfera superior, separándola en monóxido de carbono y oxígeno. Luego, la luz UV golpea al monóxido de carbono y lo separa en carbono y oxígeno. Algunos átomos de carbono producidos de esta manera tienen suficiente energía para escapar de la atmósfera, y el nuevo estudio demuestra que es mucho más probable que escape el carbono-12 en lugar del carbono-13.

Al modelar los efectos a largo plazo de este mecanismo de “fotodisociación ultravioleta”, los investigadores descubrieron que una pequeña cantidad de escape mediante este proceso deja una enorme huella en la relación isotópica del carbono. Eso, a su vez, les permitió calcular que la atmósfera hace 3.800 millones de años pudo tener una presión superficial un poco menor que la de la atmósfera actual de la Tierra.

“Esto resuelve una antigua paradoja”, dijo Bethany Ehlmann de Caltech y JPL, una coautora de ambos estudios. “La hipotética atmósfera muy densa parecía implicar que se necesitaba esta gran reserva superficial de carbono, pero la eficiencia del proceso de fotodisociación ultravioleta implica que en realidad no hay paradoja. Se puede usar un proceso de pérdida normal como los comprendemos, con las cantidades detectadas de carbonato, y encontrar un escenario evolutivo para Marte que haga sentido”.

El artículo “Tracing the fate of carbon and the atmospheric evolution of Mars” fue publicado el 24 de noviembre de 2015 en Nature Communications.

Fuente: NASA