¿A dónde fue el agua de Marte? Una reciente teoría aporta aporta nuevas pistas

Hoy, Marte es un desierto helado. Pero los deltas secos y las riberas de los ríos revelan que el agua una vez fluyó sobre la superficie del planeta. ¿A dónde se fue? Los científicos han estado tratando de responder a esta pregunta durante décadas, con la esperanza de comprender cómo Marte se convirtió en un páramo árido mientras su vecina, la Tierra, retuvo su agua y se convirtió en un paraíso biológico.

Ahora, al conectar las observaciones del planeta rojo con nuevos modelos, un equipo de geólogos y científicos atmosféricos ha creado una nueva imagen del pasado de Marte: gran parte del agua que albergaba el planeta podría haber quedado atrapada dentro de minerales en la corteza, donde permanece hasta el día de hoy.

Investigaciones anteriores sugirieron que la mayor parte del agua de Marte escapó al espacio cuando su atmósfera fue despojada por la radiación del sol. Pero el reciente estudio, publicado en la revista Science y presentado virtualmente este año en la Conferencia de Ciencia Lunar y Planetaria concluye que el agua de Marte experimentó tanto un éxodo atmosférico como un atrapamiento geológico.

Dependiendo de la cantidad de agua con la que comience, el nuevo modelo estima que entre el 30 y el 99 por ciento se incorporó a los minerales de la corteza del planeta, mientras que la fracción restante se escapó al espacio. Es una gran variedad y ambos procesos probablemente jugaron un papel, por lo que "en algún lugar, está la realidad", dice Briony Horgan, científica planetaria de la Universidad Purdue que no participó en el nuevo estudio.

Si el nuevo modelo es exacto, entonces la historia de la adolescencia del planeta necesitaría ser reescrita. Toda el agua que se cree que está atrapada en la corteza marciana actualmente se traduciría en que el planeta tenía mucha más agua superficial en su juventud de lo que los modelos anteriores habían estimado y esa época temprana puede haber sido aún más amigable para la vida microbiana de lo que se pensaba anteriormente.

"Este documento permite la posibilidad de un Marte que alguna vez fue azul, incluso por un corto período de tiempo", dice Paul Byrne, científico planetario de la Universidad Estatal de Carolina del Norte que no participó en el nuevo estudio.

De empapado a desecado

Una multitud de lechos de ríos secos, deltas, cuencas de lagos y mares interiores dejan en claro que Marte alguna vez tuvo mucha agua en su superficie. Incluso puede haber tenido uno o varios océanos diferentes en su hemisferio norte, aunque eso es un tema de intenso debate. Hoy, aparte de una posible serie de subterráneos salobres lagos y acuíferos, la mayor parte del agua de Marte está encerrada en los casquetes polares o en el hielo enterrado debajo de la superficie.

Al observar la química de los meteoritos marcianos de varias edades y al utilizar el rover Curiosity de la NASA para estudiar rocas antiguas y medir la atmósfera marciana actual, los científicos han podido estimar cuánta agua superficial, como el hielo, el agua líquida o el vapor de agua, habría estado presente en varios puntos a lo largo de la historia de Marte. Piensan que durante sus primeras épocas, si toda esa agua estuviera en forma líquida, podría cubrir todo el planeta en un océano poco profundo de 46 a 244 metros de profundidad .

Marte tenía una atmósfera más sustancial en el pasado y su presión permitió que existiera agua líquida en la superficie. Pero el trabajo con el orbitador MAVEN de la NASA descubrió que gran parte de la atmósfera del planeta fue arrastrada por el viento solar —partículas cargadas que fluyen desde el sol— quizás solo 500 millones de años después de la formación de Marte. Las razones no están claras, aunque la pérdida temprana del campo magnético protector del planeta probablemente jugó un papel crítico.

De cualquier manera, esta aniquilación atmosférica se vaporizó alrededor del 90 por ciento del agua de la superficie de Marte, dejando que el vapor de agua sea disuelto por la radiación ultravioleta y convirtiendo a Marte en un páramo deshidratado.

Pistas escondidas en joyas marcianas

Al menos, así es la historia. Pero tiene algunas inconsistencias en la trama.

El destino del agua antigua del planeta se estimó previamente en función de los tipos de hidrógeno que se encuentran en la atmósfera actual de Marte. A medida que el vapor de agua en el aire es bombardeado por la radiación ultravioleta del Sol, el hidrógeno se elimina del oxígeno en las moléculas de agua. Al ser un gas ligero, ese hidrógeno libre se escapa fácilmente al espacio. Sin embargo, parte del vapor de agua contiene una versión más pesada de hidrógeno llamada deuterio, que es más probable que permanezca en la atmósfera.

Los científicos saben cuál debería ser la proporción natural de hidrógeno y deuterio en Marte, por lo que la cantidad de deuterio que queda se puede usar para determinar qué cantidad de la versión más ligera estuvo alguna vez presente en el planeta. Por lo tanto, el deuterio actúa como una huella dactilar fantasmal que revela la cantidad de agua pasada que finalmente escapó al espacio.

El hidrógeno todavía se está escapando de Marte hoy y los científicos pueden medir la tasa para calcular cuánta agua se está perdiendo permanentemente. Si esta tasa se mantuvo estable durante los últimos 4.500 millones de años, no estaría lo suficientemente cerca para explicar la desaparición de tanta agua superficial, dice la autora principal del nuevo estudio Eva Linghan Scheller, estudiante de doctorado en Caltech.

Otra pista vino por cortesía de todos los orbitadores y exploradores que examinaron las rocas de Marte. Durante las últimas dos décadas, se han descubierto portadores de mineralesincluyendo la arcilla. Al principio, solo se encontraron parches aquí y allá. Pero hoy, "tenemos evidencia de un gran volumen de minerales hidratados en la superficie", dice Horgan.

Todos esos minerales hidratados extremadamente antiguos sugieren que, hace mucho tiempo, fluía mucha agua a través del antiguo suelo marciano, mucho más de lo que indicaba la señal atmosférica de deuterio.

"Nos ha llevado un tiempo encontrar todas las exposiciones a minerales hidratadas que hemos encontrado y luego reconocer plenamente su importancia a escala mundial", dice Kirsten Siebach, científica planetaria de la Universidad Rice que no participó en el trabajo.

Dos formas de matar a un planeta

Un problema era que los modelos anteriores no tenían en cuenta de manera apropiada la capacidad de la corteza para retener el agua dentro de los minerales, dice Scheller. Ella y sus colegas decidieron hacer un nuevo modelo para estimar a dónde se fue el agua de Marte durante toda su vida útil de 4.500 millones de años.

El modelo hace algunas suposiciones, como cuánta agua tenía Marte al principio, cuánta fue entregada más tarde por asteroides acuosos y cometas helados, cuánto se perdió en el espacio con el tiempo y cuánta actividad volcánica depositó más agua en la superficie del planeta. Dependiendo de los valores de esas variables, el equipo descubrió que Marte alguna vez pudo haber tenido suficiente agua superficial para hacer un océano global de 100 a 1.494 metros de profundidad.

Hace entre 4,1 y 3,7 mil millones de años, la cantidad de agua superficial disminuyó significativamente a medida que fue absorbida por los minerales de la corteza y al escapar al espacio. Ninguno de los minerales hidratados encontrados hasta ahora tiene menos de tres mil millones de años, dice Scheller, lo que implica que Marte ha sido un páramo árido durante la mayor parte de su vida.

El nuevo modelo tiene sus límites, con algunos detalles clave que quedan borrosos. Pero es un paso importante que "seguramente ayudará a muchas investigaciones futuras sobre la historia del agua en Marte", dice. Geronimo Villanueva, científico planetario del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, que no participó en el nuevo estudio.

Por un lado, ayuda a abordar una discrepancia entre la cantidad de agua estimada por las mediciones de deuterio y la miríada de características de agua que se han dejado en la superficie. No estaba claro cómo tantos ríos y lagos podían emerger de tan poca agua, dice Siebach, pero este nuevo modelo ofrece una solución a ese misterio al identificar agua adicional que podría haber estado presente en Marte.

Sin embargo, la investigación no cambia la cantidad de agua que los científicos creen que está disponible en Marte hoy, lo que no es mucho. Los astronautas pueden algún día hornear minerales hidratados en Marte para liberar su agua, dice Horgan, pero ese sería un proceso que consumiría mucha energía.

“Lo que hace este estudio es que dice que tienes más agua para jugar al principio de la historia de Marte y ahí es cuando Marte era más habitable”, dice Siebach. Los microbios, si alguna vez existieron, pueden haberse extendido a través de toda esa agua disponible, pero habrían luchado por sobrevivir cuando la mayor parte desapareció hace tres mil millones de años.

La idea de que un volumen significativo de agua puede desaparecer en la corteza también tiene implicaciones para otros mundos rocosos, dice Byrne de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

El agua también se une a los minerales de la Tierra. Pero en nuestro planeta, la tectónica de placas recicla estos minerales, liberando constantemente su agua a través de erupciones volcánicas, dice Siebach. De lo contrario, la corteza estancada de Marte puede haber condenado al planeta a convertirse en un desierto extremadamente frío. ¿Ocurrió el mismo proceso de cambio del mundo en Venus? ¿El agua termina encerrada en la corteza de exoplanetas lejos de nuestro sistema solar?

Scott King, un científico planetario de Virginia Tech que no participó en el trabajo, dice que el modelo allana el camino para una comprensión aún más rica de cómo Marte y otros mundos rocosos evolucionan a través de las edades.

"Ahora", dice, "hay una gran cantidad de nuevas preguntas que se pueden hacer y pensar".