La atmósfera marciana primitiva estaba repleta de dióxido de carbono, pero con el tiempo esta espesa atmósfera se redujo drásticamente. ¿Adónde fue a parar todo ese carbono? La respuesta puede estar en las propias rocas y minerales que recubren la superficie marciana.

Los geólogos Joshua Murray y Oliver Jagoutz, del Instituto Tecnológico de Massachusetts, han descubierto una posible solución a este antiguo misterio. Su nueva investigación, publicada en la revista Science Advances, sugiere que la alteración de rocas ricas en hierro y magnesio en Marte podría haber producido cantidades sustanciales de metano abiótico (no biológico). Este metano puede haber quedado atrapado y conservado en minerales arcillosos de la corteza marciana, lo que representa una reserva de carbono desconocida hasta ahora.

"En la Tierra, sabemos que la alteración hidrotermal de las rocas ultramáficas puede producir metano abiótico", explica Murray. "Y también sabemos que los minerales arcillosos de Marte, como la esmectita, tienen una gran capacidad para adsorber y proteger compuestos orgánicos de carbono. Así que queríamos explorar si este proceso podría haber desempeñado un papel importante en la pérdida de la atmósfera primitiva de Marte."

Se calcula que la atmósfera marciana primitiva contenía entre 0,25 y 4 barras de dióxido de carbono, mucho más espesa que las tenues 0,054 barras actuales. Este dramático adelgazamiento ha desconcertado a los científicos planetarios durante décadas, ya que los modelos de escape atmosférico al espacio no pueden explicar completamente la falta de carbono.

"El reto es que los índices conocidos de pérdida de carbono al espacio son órdenes de magnitud demasiado bajos para explicar la desaparición de tanto CO2", afirma Jagoutz. "Tiene que haber algún otro sumidero importante de carbono que estemos pasando por alto".

Los minerales arcillosos. En Marte, las reacciones agua-roca alteran las rocas ultramáficas ricas en hierro y magnesio, produciendo serpentina (un mineral de silicato hidratado de color verdoso) y arcillas esmectitas. Estas arcillas tienen una superficie increíblemente elevada, lo que les permite adsorber y proteger las moléculas orgánicas.

"Esencialmente, la oxidación del hierro en el olivino durante la serpentinización libera hidrógeno, que luego puede reaccionar con el CO2 para formar metano", explica Murray. "Y ese metano puede quedar atrapado y conservarse dentro de los espacios entre capas de los minerales arcillosos que se forman".

Utilizando un modelo de balance de masas, los investigadores calculan que una capa global de serpentina de sólo 2 kilómetros de espesor podría haber reducido a metano unos 5 bares de CO2 atmosférico. Y los minerales arcillosos que se forman a partir de la alteración de estas rocas ultramáficas, especialmente la esmectita, tienen la capacidad de almacenar una cantidad asombrosa de este carbono orgánico.

"Estimamos que entre 0,07 y 1,7 bares de CO2 podrían haber sido secuestrados como metano adsorbido en la corteza marciana", afirma Jagoutz. "Se trata de una enorme reserva potencial que podría explicar en gran medida la desaparición del carbono".

Pero las implicaciones de este trabajo van más allá del ciclo del carbono. Los investigadores también demuestran que la formación y conservación de este metano abiótico podría haber influido significativamente en la composición isotópica de la atmósfera de Marte a lo largo del tiempo.

"La formación de metano incorpora preferentemente el isótopo más ligero carbono-12", explica Murray. "Así que a medida que el CO2 atmosférico se convierte en metano y se entierra en la corteza, es de esperar que el CO2 restante se enriquezca progresivamente en el isótopo más pesado carbono-13".

De hecho, los modelos del equipo indican que para su "mejor estimación" de volúmenes de arcilla, el δ13C atmosférico (la relación entre carbono-13 y carbono-12) podría haberse enriquecido entre un 1,9 y un 14 por mil. Esto concuerda notablemente con las mediciones de la atmósfera marciana actual, que muestra un valor de δ13C de 48 por mil, muy alejado del rango de -30 a -20 por mil esperado para la composición del manto primigenio del planeta.

"El hecho de que nuestro modelo de metano abiótico pueda explicar una gran fracción de este enriquecimiento isotópico es realmente emocionante", dice Jagoutz. "Proporciona una explicación potencial para este misterio de larga data en la geoquímica marciana".

Los investigadores señalan que sus estimaciones del tamaño de las reservas de carbono orgánico son conservadoras. Los minerales arcillosos, especialmente la esmectita, tienen una capacidad aún mayor para adsorber y proteger moléculas orgánicas polares más allá del metano.

"El metano es un compuesto no polar relativamente simple", explica Murray. "Pero sabemos que las fangolitas de Marte contienen firmas orgánicas mucho más complejas. Si ese tipo de compuestos también se estabilizaran en las superficies arcillosas, el depósito total de carbono orgánico podría ser aún mayor."

Esto tiene interesantes implicaciones, no sólo para nuestra comprensión del pasado de Marte, sino también para futuras exploraciones y la posible utilización de recursos. Si la corteza marciana alberga cantidades sustanciales de carbono orgánico, podría constituir una valiosa fuente de combustible para futuras misiones robóticas y humanas.

"El metano es un propulsor increíblemente útil para las naves espaciales", afirma Jagoutz. "Y si podemos aprovechar estas reservas de carbono orgánico enterrado, se podría reducir drásticamente la cantidad de material que necesitaríamos lanzar desde la Tierra para apoyar la exploración a largo plazo de Marte".

Además, los hallazgos del equipo también arrojan nueva luz sobre los procesos fundamentales que determinan la habitabilidad de los planetas rocosos en general. En la Tierra, el ciclo del carbono entre la atmósfera, los océanos y la corteza está íntimamente ligado al funcionamiento de la tectónica de placas, un proceso que renueva continuamente la superficie y recicla el carbono.

Pero Marte, que carece de tectónica de placas activa, parece haber desarrollado un ciclo del carbono muy diferente. Aquí, la alteración de las rocas ultramáficas y el posterior atrapamiento del carbono orgánico en minerales arcillosos pueden haber representado un sumidero casi permanente, con implicaciones para la evolución climática del planeta.

"Lo que estamos viendo en Marte es una instantánea de lo que puede ocurrir en un planeta rocoso sin tectónica de placas", afirma Murray. "La adsorción de carbono orgánico en superficies arcillosas puede ser un proceso fundamental en la evolución atmosférica de los planetas, que está íntimamente ligado a la naturaleza de la geología de un planeta".

Esto, a su vez, tiene profundas implicaciones para la búsqueda de vida en otros lugares del universo. Después de todo, la conservación de compuestos orgánicos es un requisito clave para la aparición y persistencia de la biología. Y en un mundo tectónicamente inactivo como Marte, el carbono orgánico protegido por minerales puede representar una de las pocas vías para dicha preservación.

"Si hallamos indicios de moléculas orgánicas complejas en las fangolitas marcianas, podría ser un indicio tentador de que alguna vez hubo vida", afirma Jagoutz. "Pero incluso en ausencia de biología, estos depósitos orgánicos abióticos son fascinantes por derecho propio, ya que proporcionan una ventana a la evolución temprana de los planetas terrestres".

Mientras el vehículo Perseverance sigue explorando el cráter Jezero y el Curiosity sigue descubriendo nuevas señales orgánicas, la búsqueda del carbono marciano no ha hecho más que empezar. Pero con este nuevo modelo de producción abiótica de metano y adsorción de minerales arcillosos, los científicos planetarios disponen ahora de un potente marco para comprender cómo ha podido evolucionar el destino de ese carbono a lo largo de miles de millones de años.

"Marte es un laboratorio natural increíble para estudiar la coevolución de la geología, el clima y el potencial de vida de un planeta", concluye Murray. "Y al desentrañar la compleja danza entre el agua, las rocas y el carbono, estamos cada vez más cerca de reconstruir la extraordinaria historia de Marte".

Referencia(s)

1. Murray y Jagoutz, Sci. Adv. 10, eadm8443 (2024) 25 de septiembre de 2024

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