Resumen: (noviembre 15, 2004) Una cuestión que ha confundido a los científicos planetarios es: ¿dónde está el agua de Marte hoy? Una respuesta que está siendo investigada es el almacenamiento mineral, particularmente la hidratación de sales de sulfato de magnesio. Si estos depósitos protegen el agua de la evaporación, una segunda batería de preguntas surge, hasta como el delicado balance entre temperatura, presión, y humedad puede ser controlado por cualquier misión de retorno futura. Una prioridad para las futuras misiones a Marte es traer algunas rocas a casa pristinas durante un viaje marciano de seis meses o más .
Esta foto en color de alta resolución de la superficie de Marte fue tomada por el Viking Lander 2 en el sitio de amartizaje de la Planicie de Utopía, el 18 de mayo de 1979 y transmitida a la Tierra por el Orbiter 1, el 7 de junio. Se muestra una delgada capa de agua congelada sobre las rocas y el suelo.
Crédito de la imagen NASA/JPL
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Desde los primeros aterrizajes planetarios, se ha prestado mucha atención a la implicación biológica de retornar con muestras extraterrestres a la Tierra. Las rocas lunares llevaron a la creación de la Oficina de Protección Planetaria de la NASA (NASA Planetary Protection Office) para vigilar cualquier posible asunto de contaminación cruzada. Pero se le ha prestado mucha menos atención a las implicaciones mineralógicas del retorno de muestras : que sucedería si las rocas mismas cambiasen durante su viaje a la Tierra.
El cambio entre diferentes tipos de minerales es algo que sucede espontáneamente con la temperatura, la presión y la humedad. Una sal no es precisamente un mineral en bloque, sino que puede contener grandes cantidades de agua en su estructura química –cerca del 50% de su peso en algunos casos. Entonces, si estas muestras están sujetas a cambios ambientales, el agua puede cambiar su estado al mismo tiempo que se reordena la estructura cristalina de la sal. Un caso de estudio está siendo investigado por un equipo de mineralogístas de la Universidad de Indiana y el Laboratorio Nacional de Los Alamos. Su investigación se centra en lo que les sucede a las sales de Epsom (o epsomitas), o al sulfato de magnesio, cuando son expuestos al calor, la presión o la humedad. Además, ¿Preservarán estas rocas salinas, particularmente cerca del ecuador, el agua de la evaporación dentro de la delgada atmósfera marciana?.
La existencia de sales de sulfato de magnesio sobre Marte, fue sugerida por primera vez en 1976 por la misión Viking y ha sido confirmada por la Mars Exploration Rovers (MER) así como por la misión Pathfinder. Al tema del cambio de la muestra en la ruta de regreso a la Tierra se le ha dado un nuevo enfoque, dados los recientes hallazgos de altas concentraciones de sales Epson en los sitios del cráter de la Opportunity (por encima del 40% del peso en la región de las sales Epson) y bajo la superficie de Gusev (hasta el 15% localmente en los experimentos de zanjado, 6 pulgadas bajo elsuelo) Los científicos de la Universidad de Indiana y de Los Alamos están probando varias sales para registrar los cambios bajo condiciones que serían ligeramente menores a la presión atmosférica de Marte, así como otros experimentos conducidos entre temperaturas de -280º Fahrenheit a 77º Fahrenheit y presiones menores a una milésima parte de la atmósfera de la Tierra a la de la presión ambiental.
Concreciones de tipo acuoso o blueberries (arándanos) en el meridiano.
Crédito: NASA
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Astrobiology magazine tuvo la oportunidad de hablar con David Bish, Catedrático Haydn Murray de Arcillas minerales aplicadas de la Universidad de Indiana y coautor del estudio.Bish dice: “Fuimos capaces de mostrar que bajo las condiciones marcianas, las sales de sulfato de magnesio pueden contener una gran cantidad de agua”,. Él y sus colegas de Los Alamos han propuesto que la proporción y distribución de minerales relacionados de ese tipo-llamadas hexahidrita, kieserita y otras sales de sulfato de magnesio- sobre Marte pudo conservar un registro de los pasados cambios climáticos y si el agua una vez corrió allí. Los resultados también muestraron que dada la naturalidad con la que las transformaciones por agua tienen lugar en las sales de sulfato de magnesio, la mineralogía debe ser caracterizada más apropiadamente in situ antes de las que las muestras se remuevan de la superficie marciana. Las observaciones de las ambientalmente sensibles sales en su estado pristino pueden ser posibles sólo cuando se hagan sobre Marte.
Astrobiology magazine (AM): Los datos de las naves Mars Global Surveyor y la Mars Odyssey muestran que la región circundante al Opportunity, el sitio de amartizaje del rover, probablemente tuvo un cuerpo de agua de al menos 330.000 kilómetros cuadrados o 127.000 millas cuadradas. Pudo ser un antiguo mar con una superficie mayor que las áreas de los Grandes Lagos combinados, o comparable al mar Báltico Europeo. ¿Están sus resultados mineralógicos motivados principalmente por aquella evidencia orbital de agua en la cercana superficie marciana, por encima de un 10% por peso?
David Bish (DB): Los resultados fueron motivados por una combinación de los datos del Odyssey que proveen evidencia de una distribución heterogénea del hidrógeno sobre la superficie marciana y datos químicos del Viking, el Pathfinder, y la MER, todos mostrando correlaciones entre el magnesio (Mg) y el azufre (S). Los resultados de la Odyssey sugieren fuertemente que el agua estuvo presente cerca de la zona ecuatorial de Marte donde el agua congelada no debe ser estable, dando argumentos para la presencia de agua en otra forma, quizás hidratando minerales.
Una versión de un artista del 2001 de la Mars Odyssey en su entrada en orbita. El 28 de octubre del 2003 durante un período de intensa actividad solar, los instrumentos de detección de radiación dejaron de funcionar apropiadamente.
Crédito: JPL
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AM: Las variadas regiones ricas en sulfato vistas sobre la superficie en el sitio del Opportunity se han atribuido principalmente a los sulfatos de magnesio. ¿Por qué su equipo ha elegido investigar la temperatura, presión y humedad características de sales Epsom como sistema modelo?
DB: Los datos del Viking, la Pathfinder, y de la MERsugieren la presencia de sulfato de magnesio, usualmente a través de correlaciones indirectas entre Mg y S. Por lo tanto elegimos investigar el comportamiento de hidratación/deshidratación de un conjunto completo de sulfatos de Mg hidratados. Otros estudios intentan cuantificar que sulfatos de Mg hidratado puede ser estables bajo las actuales condiciones de la superficie marciana. Nuestros estudios también nos permitieron eliminar algunos minerales paraposteriores estudios.
AM: ¿Generalmente tales sales conservan más agua pero también pueden perderla con pequeños cambios en las condiciones ambientales?
DB: Los sulfatos de Mg hidratados pueden conservar más del 50% del agua, y los sulfatos más hidratados pueden perder de algo a mucho de su agua con pequeños cambios en el entorno. Los sulfatos menos hidratados, como la kieresita, conservan menores cantidades de agua fuertemente y no la pierde prontamente por cambios en las condiciones ambientales. En nuestros experimentos también formamos un sulfato hidratado pero amorfo que conserva más agua que la kieresita bajo las condiciones de Marte pero a diferencia de la kieresita pierde esa agua lentamente. Estamos tratando de determinar la cinética de la perdida de agua y el posible rol que tales sales amorfas pueden jugar.
En general, las sales hidratadas (y muchos otros minerales hidratados) tienen un estado de hidratación que es un reflejo de la particular temperatura y las condiciones del vapor de agua bajo las cuales existen. Si la temperatura y/o el vapor de agua cambian, el estado de hidratación del mineral o incluso el mineral particular puede cambiar.
imágenes de la Spirit y la presentación de diapositivasCrédito: NASA/JPL." width="325">
Experimentos de zanjado donde cinco ruedas son confinadas y la única rueda libre se desentierra a ese radio, cerca de 6 pulgadas, entonces da vueltas alrededor de la imagen de la cuneta. Ver la galería de imágenes de la Spirit y la presentación de diapositivasCrédito: NASA/JPL.
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AM: La única excavación que actualmente se lleva a cabo sobre la superficie inmediata de Marte está limitada a 6 pulgadas (unos 15 cm) o la mitad del radio de una rueda. ¿Pueden estimar que tan dentro de la superficie inmediata los depósitos de sales pueden introducir agua en los catálogos de Marte?
DB: Aunque sabemos poco sobre la distribución del agua (o del hidrógeno) como una función de la profundidad de la superficie marciana inmediata, el espectrómetro de neutrones de la Oddisey provee de información acerca del agua –o su equivalente de hidrógeno- cerca de dentro de 1 metro de la superficie.
Al presente, la kieresita es casi definitivamente estable en la superficie, por lo que no es necesario cavar. La hexadrita tal vez sea estable en la superficie actual pero datos termodinámicos existentes parecen inadecuados para permitir predicciones exactas de la estabilidad como función de la temperatura y de la presión parcial del agua. No conocemos las variaciones en la presión parcial del agua como una función de la profundidad, pero es verosímil que mayores profundidades estabilizaran cada vez más hidratados sulfatos de magnesio. Las sales más hidratadas también se favoreceran a mayores latitudes. Las Epsomitas no parecen ser estables en la superficie marciana a menores altitudes.
AM: Las transformaciones de tipos de minerales en kieresitas particularmente fue a menudo mencionada entre los geólogos de las misiones de Marte como un tipo de cristal que puede ser un compendio de la historia del agua sobre la superficie, mas la kieresita almacena cerca de 5 veces menos que los sulfatos alternativos (epsomitas y hexahidritas). ¿Por qué, la kieresita es tan importante como parte del enigma del agua para los geólogos?
DB: Aunque la kieresita conserva considerablemente menos agua dentro de su estructura cristalina que la hexahidrita o la epsomita, no obstante contiene una molécula de agua (H2O) por cada molécula de sulfato de magnesio (MgSO4) y requiere agua para su formación. Ciertamente, bajo algunas condiciones puede ser el único sulfato de magnesio hidratado formado (como en algunos depósitos de la Tierra). La kieresita es mucho más estable frente a los cambios ambientales que otros sulfatos de magnesio hidratado. Puede ser hidratado a hexahidrita y epsomita pero estos dos minerales forman un sulfato de magnesio hidratado amorfo en deshidratación.
De esta manera la existencia de kieresita puede sugerir que e las formas de hidratos de sulfato más hidratados no existieron en el pasado y que la kieresita se formó directamente. Alternativamente, con tiempo suficiente, las formas amorfas de sulfatos hidratados de Mg pudieron eventualmente cristalizar a kieresita a bajas presiones de agua, aunque no poseemos información suficiente para sostener tal transformación.
AM: Un límite al agua del subsuelo y superficial en Marte parece ser el 1% de la presión terrestre. ¿Es su impresión que el almacenamiento en minerales pueden revelar un mecanismo para enlazar químicamente el agua lo suficiente para obstruir su sublimación desde hielo?
Sulfato de magnesio se halla en varios manantiales minerales, y en agua de mar. Estos son conocidos como sales de Epsom.
Crédito: scribecom.com
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DB: Definitivamente. Creemos que nuestros datos sobre los minerales hidratados, incluyendo las zeolitas, esmectitas, y al menos las kieresitas, muestran firmemente que los “depósitos minerales” son un mecanismo viable para enlazar agua indefinidamente en una forma que no se evapora o sublima bajo las actuales condiciones de la superficie marciana. Esto es posible porque las moléculas de agua en esos minerales están fuertemente enlazadas a la estructura mineral y son, en algunos casos como los sulfatos de magnesio, parte integral de la estructura del cristal. En esos casos, el estado de la hidratación no varía con el tiempo sino que representa un estado “estable” del mineral.
AM: ¿Qué planes futuros tiene para ampliar los estudios actuales?
DB: Seguiremos estudiando los sulfatos hidratados, incluyendo sulfatos de Ca (calcio) y de Fe (hierro), con el objetivo de medir cuantitativamente los datos termodinámicos en estos minerales lo que nos permitirá predecir con cierta precisión su comportamiento bajo las condiciones actuales en la superficie marciana. También continuaremos los estudios sobre las posibles zeolitas marcianas y los minerales arcillosos, ambos bajo condiciones marcianas simuladas y también a temperaturas altas y presiones parciales de agua más altas. Datos precisos medidos bajo estas condiciones ulteriores nos permitirán extrapolarlos a las condiciones marcianas de la superficie.
Los científicos de Los Alamos David Vaniman, Steve Chipera, Claire Fialips, J. William Carey y William Feldman son coautores junto a D. Bish. Su artículo fue publicado en el número del 7 de Octubre de la Revista Nature.
