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Astropedología

La astropedología es el estudio de paleosuelos y meteoritos muy antiguos relevantes para el origen de la vida y los diferentes sistemas de suelos planetarios. Es una rama de la ...

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La astropedología es el estudio de paleosuelos y meteoritos muy antiguos relevantes para el origen de la vida y los diferentes sistemas de suelos planetarios. Es una rama de la ciencia del suelo ( pedología ) que se ocupa de los suelos del pasado geológico remoto y de otros cuerpos planetarios para comprender el lugar de la Tierra en el universo. [ 1 ] Una definición geológica de suelo es "un material en la superficie de un cuerpo planetario modificado in situ por procesos físicos, químicos o biológicos". [ 1 ] Los suelos a veces se definen por la actividad biológica, pero también pueden definirse como superficies planetarias alteradas in situ por procesos biológicos, químicos o físicos. [ 2 ] Según esta definición, la pregunta para los suelos y paleosuelos marcianos es: ¿estuvieron vivos? Los simposios de astropedología son un nuevo enfoque para las reuniones científicas sobre la ciencia del suelo. [ 3 ]

Los avances en la comprensión de los mecanismos químicos y físicos de la pedogénesis en otros cuerpos planetarios llevaron, en parte, a la Sociedad de Ciencias del Suelo de América (SSSA) en 2017 a actualizar la definición de suelo a: "La(s) capa(s) de material mineral y/o orgánico generalmente suelto que se ven afectados por procesos físicos, químicos y/o biológicos en o cerca de la superficie planetaria y que generalmente contienen líquidos, gases y biota y sustentan plantas". [ 4 ] A pesar del escaso conocimiento de los suelos extraterrestres, su diversidad puede plantear la cuestión de cómo la ciencia podría clasificarlos o compararlos formalmente con los suelos terrestres. Una opción es simplemente usar nuestros esquemas de clasificación de suelos actuales, en cuyo caso muchos suelos extraterrestres serían Entisoles en la Taxonomía de Suelos de los Estados Unidos (ST) o Regosoles en la Base de Referencia Mundial para los Recursos del Suelo (WRB). Sin embargo, aplicar un sistema terrestre a entornos tan disímiles es discutible. Otra opción es distinguir la Tierra (en gran parte) biótica del Sistema Solar abiótico, e incluir todos los suelos no terrestres en un nuevo Orden o Grupo de Referencia, que podría denominarse tentativamente Astrosoles. [ 5 ]

Luna

Suelo lunar y huellas cerca de Hadley Rille
Aglutinado lunar
Sección y composición medidas del núcleo del Apolo 15 en la Luna.

Composición de los paleosuelos lunares

La superficie de la Luna está cubierta de regolito lunar , una mezcla de polvo fino y escombros rocosos formados por impactos de meteoritos , considerado el suelo de la Luna. [ 6 ] Los astronautas encontraron pocas muestras de roca para recoger en superficies de regolito maduro. Las rocas se habían fragmentado en suelo fino por el bombardeo de micrometeoritos durante los últimos mil millones de años. La mayor parte del regolito lunar es un suelo gris fino, brecha y fragmentos de roca del lecho rocoso local. Los continuos ataques de micrometeoritos desintegran y funden aún más las partículas del suelo. Este fundido, mezclado con fragmentos líticos, forma cúmulos irregulares llamados aglutinados . [ 7 ] El suelo lunar es un material de grano fino, no consolidado, mal clasificado y con alta porosidad (41-70%) y densidad relativamente baja (0-9-1,1 g/cm³ ) en comparación con la densidad de sus partículas constituyentes (2,9-3,2 g/cm³ ) . Los fragmentos de roca encontrados en los granos de paleosuelos lunares varían en tamaño (desde granos del tamaño de limo hasta granos del tamaño de cantos rodados) e incluyen fragmentos de anortosita de tierras altas y basalto de mare provenientes de impactos de meteoritos. Los paleosuelos lunares también contienen granos minerales que constituyen la mayor fracción de granos del tamaño de limo (0,06-0,03  mm) en el suelo, ya que los cristales en los basaltos lunares son de grano fino. Los paleosuelos encontrados en la Luna contienen muchos minerales de plagioclasa y piroxeno (que varían desde unos pocos hasta el 40%). Los minerales de olivino están presentes, pero aparecen de forma mucho más esporádica y rara que estos otros minerales. También se han encontrado granos de ilmenita , espinela , partículas metálicas de kamacita y taenita , fosfuro ( schreibersita ) y sulfuro ( troilita ) en los paleosuelos lunares. Sin embargo, también son mucho menos comunes que la plagioclasa y el piroxeno. Un tercer componente del suelo que se encuentra en los paleosuelos lunares, junto con fragmentos de roca y granos minerales, son las partículas de vidrio , de las cuales hay dos tipos principales: vidrios homogéneos y aglutinados. Los vidrios homogéneos son de tamaño variable (<2 μm-2  cm) y se encuentran típicamente como partículas de vidrio con forma de mancuerna o lágrima. Se hipotetiza que estas partículas se formaron como ceniza volcánica o roca fundida que resultó del calor liberado por impactos de meteoroides. Los aglutinados son agregados heterogéneos unidos por vidrio que son de tamaño variable (<2 μm-1 mm) y se describen como masas irregulares de vidrio y cristales. Estas partículas de vidrio están cementadas entre sí por puentes de cemento vítreo entre los minerales y fragmentos de roca y suelen tener forma de anillo o cuenco, muy parecida a un cráter. Los aglutinados en forma de anillo o cuenco se forman por la propagación hacia afuera del material fundido por impacto que cementó los granos de suelo circundantes. Se sabe que se forman formas de aglutinados menos comunes o distintivas por la cementación de gotas dispersas de material fundido por impacto o partes de aglutinados que se han roto por impactos posteriores. Los paleosuelos lunares se asemejan mucho al material parental en composición química y física. Aunque estos paleosuelos se forman más físicamente que químicamente, los procesos químicos en la Luna han formado anillos amorfos delgados (20-50 μm) en el suelo como resultado del enfriamiento local del vapor de los impactos de meteoroides. Estos impactos han creado un enriquecimiento de sílice (Si) y azufre (S) y un empobrecimiento de magnesio (Mg), calcio (Ca), aluminio (Al) y titanio (Ti). [ 8 ] La exploración lunar ha encontrado todos los minerales esenciales para el crecimiento de las plantas en cantidades suficientes. [ 9 ] Se ha detectado materia orgánica en forma de aminoácidos en muestras lunares de las misiones Apolo, pero la evidencia isotópica y molecular de estos compuestos sugiere contaminación terrestre como origen. [ 10 ]

Desarrollo del suelo lunar

Algunos mecanismos propuestos para la formación de paleosuelos lunares incluyen el bombardeo de micrometeoroides , la mezcla del suelo resultante de la separación de cargas inducida por la energía solar , la fatiga térmica o la agitación del suelo causada por cambios de temperatura, y la pulverización catódica de las alas del suelo. Los impactos a mayor escala afectarían la formación del suelo en la Luna al interrumpir este proceso mediante la liberación de capas de eyección. La formación del suelo lunar se basa en el grado de reelaboración por micrometeoroides, y existen varias etapas de desarrollo en su formación. Las primeras etapas consisten en una capa de eyección de impacto de grano grueso y mal clasificada. En las siguientes etapas, el bombardeo de micrometeoroides descompone el material en granos aún más finos, lo que aumenta la proporción de aglutinados. Este bombardeo de micrometeoroides también añade metal meteorítico y reduce el hierro (Fe²⁺) en los silicatos a hierro metálico en el suelo. Los aglutinados y el metal hacen que el suelo se oscurezca con el tiempo. La parte superior del perfil del suelo lunar está altamente enriquecida en aglutinados e índice ferromagnético , lo que se cree que refleja una mayor redistribución causada por grandes impactos de material de suelo modificado por micrometeoroides a lo largo del tiempo. El tiempo de formación de los paleosuelos lunares es variable y puede tardar hasta cientos de millones de años en algunos paleosuelos. El tiempo de formación del suelo en la Luna se ha calculado en función de la tasa de afluencia de micrometeoroides de un tamaño capaz de formar aglutinados. Estos cálculos demuestran que las tasas de formación de suelo en la Luna son comparativamente mucho más lentas que en la Tierra. También se han realizado extrapolaciones para el tiempo de formación del suelo basándose en las tasas de producción de cráteres, que sugieren 81 mil años (ka) para el tiempo necesario para voltear los 2  cm superiores del suelo lunar. [ 8 ]

Marte

.
Paleosuelos de 3.700 millones de años de antigüedad en la bahía de Yellowknife, cráter Gale, Marte, desde el rover Curiosity [ 11 ]

La evidencia de paleosuelos en Marte se deriva de investigaciones de teledetección tanto in situ como orbital de la superficie marciana. Los análisis químicos/mineralógicos in situ ( Mars Science Laboratory ) e imágenes ( Mastcam , MAHLI ) del rover Curiosity en el cráter Gale en Marte han mostrado similitudes con horizontes y estructuras de suelo encontrados en la Tierra. [ 11 ] La evidencia morfológica incluye características del suelo tales como alteración gradual y ruptura de estratificación por grietas y vetas dilatacionales, consistentes con soluantes de suelos desérticos, estructuras de ped angulares en bloques , cuñas de arena, un horizonte gípsico (By) superficial y estructura vesicular. Estructuras como las encontradas en los suelos desérticos de la Tierra causadas por la producción de gas microbiano después de las lluvias (estructura vesicular) se han reconocido en Marte, pero aún no se ha obtenido evidencia definitiva de vida en Marte. Las abundancias minerales dentro de los paleosuelos muestran meteorización de olivino a esmectita y un agotamiento moderado de fósforo. Esta meteorización hidrolítica es comparable a la meteorización que se encuentra en la Tierra. Las características químicas y morfológicas de los paleosuelos de Yellowknife Bay son una nueva línea de evidencia del paleoclima del Noachiano tardío (3,7 ± 0,3 Ga) en Marte, y se interpretan como formadas bajo un paleoclima hiperárido y frío. [ 11 ] La datación radiométrica sugiere que los paleosuelos en Yellowknife Bay tienen 3,7 mil millones de años (± 0,3 mil millones de años) y revelan un cambio de posibles condiciones "cálidas y húmedas" del Noachiano temprano (~4,1-3,9 Ga) a un clima extremadamente árido y frío con formación limitada de suelo.

La teledetección de la superficie marciana mediante el instrumento CRISM del Orbitador de Reconocimiento de Marte (MRO) y el Espectrómetro de Mapeo Mineralógico Infrarrojo (OMEGA) ha detectado la presencia de arcillas filosilicatadas dioctaédricas y trioctaédricas en miles de ubicaciones a lo largo de la superficie del planeta. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] La caracterización orbital de la mineralogía marciana se deriva principalmente de los espectros visibles/infrarrojos cercanos ( VNIR ) de rocas que contienen minerales arcillosos. Estas áreas incluyen Gale Crater, Mawrth Vallis , Oxia Planum y Nili Fossae , entre otras, y datan de 4.0-3.7 Ga. [ 14 ] [ 15 ] Hay dos hipótesis para explicar la formación y distribución de arcillas filosilicatadas en Marte: (1) actividad subsuperficial e hidrotermal y/o diagénesis [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] que producen filosilicatos trioctaédricos, y (2) meteorización química superficial/suberial, por ejemplo, pedogénesis [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] que producen filosilicatos dioctaédricos. Es importante destacar que algunas de estas áreas (Mawrth Vallis y Oxia Planum) presentan perfiles de meteorización de Al-esmectitas cubiertas por esmectitas de Fe/Mg (todas aparentemente dioctaédricas), y luego fases poco cristalinas/amorfas como alófano e imogolita. Estos perfiles de meteorización están cubiertos por un depósito ígneo de una edad estimada de 3,7-3,6 Ga que puede ser un depósito piroclástico o una arenisca máfica, [ 25 ] similar a los paleosuelos enterrados bajo depósitos ígneos en la Tierra. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] Estos perfiles estratigráficos parecen tener hasta 200 m de espesor, con capas individuales de 10 m de espesor o menos. [ 25 ] Esta estratigrafía refleja el posible enfriamiento y secado de Marte en el período Noeico, y puede preservar materia orgánica u otras biofirmas debido al contenido excepcionalmente alto de arcilla (~50 % en peso) y la mineralogía de la arcilla (esmectitas 2:1) [ 29 ] de estas rocas enterradas. [ 15 ]

Cultivar plantas en la Luna y Marte

El suelo de Marte tiene los nutrientes necesarios para que las plantas sobrevivan. Se han detectado oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, potasio, fósforo, calcio, magnesio, azufre, hierro, manganeso, zinc, cobre, molibdeno, boro y cloro en el suelo marciano o en meteoritos marcianos. Dependiendo de la ubicación exacta, puede ser necesario añadir fertilizantes al suelo. [ 30 ] Las exploraciones lunares y marcianas han proporcionado información sobre la composición mineral de los suelos de la Luna y Marte. Todos los minerales esenciales para el crecimiento de las plantas parecen estar presentes en cantidades suficientes en ambos suelos, probablemente con la excepción del nitrógeno reactivo. El nitrógeno en forma reactiva (NO3, NH4) es uno de los minerales esenciales necesarios para casi todo el crecimiento de las plantas. La principal fuente de nitrógeno reactivo en la Tierra es la mineralización de la materia orgánica. El nitrógeno en forma reactiva (NO3, NH4) es uno de los minerales esenciales necesarios para casi todo el crecimiento de las plantas. El nitrógeno reactivo forma parte de la materia del Sistema Solar y del viento solar, una fuente de nitrógeno reactivo en la Luna y Marte. El nitrógeno reactivo también puede surgir como consecuencia de rayos o actividad volcánica, procesos que pueden ocurrir en Marte. Esto indica que, en principio, el nitrógeno reactivo podría estar presente. Sin embargo, la sonda Mars Pathfinder no pudo detectarlo. Por lo tanto, la presencia real de grandes cantidades de nitrógeno reactivo sigue siendo incierta.

La ausencia de nitrógeno reactivo suficiente puede resolverse mediante el uso de especies fijadoras de nitrógeno. En simbiosis con bacterias, estas fijadoras de nitrógeno son capaces de fijar el nitrógeno del aire y transformarlo en nitratos, un proceso que requiere nitrógeno atmosférico. Sin embargo, la Luna carece de atmósfera, y en Marte su presencia es mínima y contiene trazas de nitrógeno. Existen informes publicados sobre el primer experimento controlado a gran escala para investigar la posibilidad de cultivar plantas en simulantes de suelo marciano y lunar. Los resultados muestran que las plantas son capaces de germinar y crecer en ambos simulantes de suelo durante 50 días sin la adición de nutrientes. El crecimiento y la floración en el simulante de regolito marciano fueron mucho mejores que en el simulante de regolito lunar, e incluso ligeramente mejores que en nuestro suelo fluvial de control, pobre en nutrientes. La sedum (una planta silvestre), los cultivos de tomate, trigo y berro, y la mostaza de campo, especie de abono verde, tuvieron un desempeño particularmente bueno. Las tres últimas florecieron, y el berro y la mostaza de campo también produjeron semillas. Los resultados demostraron que, en principio, es posible cultivar cosechas y otras especies vegetales en simulantes de suelo marciano y lunar. Sin embargo, aún quedan muchas preguntas sobre la capacidad de retención de agua y otras características físicas de los simulantes, así como sobre si estos son representativos de los suelos reales. [ 9 ]

percloratos

La presencia de percloratos en el suelo dificulta especialmente el cultivo de hortalizas en Marte. Dado que no existe una capa de ozono en Marte, los rayos UV penetran hasta la superficie del planeta. Los percloratos se vuelven tóxicos al exponerse a la luz UV, destruyendo las bacterias en cuestión de minutos. Las investigaciones sugieren que los óxidos de hierro y el peróxido de hidrógeno presentes en el suelo de Marte aumentan la toxicidad de los percloratos. [ 31 ] El alto nivel de percloratos encontrado en Marte (0,05  % en peso) está lo suficientemente concentrado como para ser tóxico para los humanos y los cultivos, y podría utilizarse como combustible para cohetes. [ 32 ] Los estudios indican que bajas concentraciones de percloratos acuosos inhiben la altura, el peso, el contenido de clorofila y el poder oxidante de las plantas. Una planta, E. crassipes, parece tener una alta tolerancia a los percloratos y podría ser ideal para su cultivo en Marte. [ 33 ] Los percloratos pueden acumularse en los tejidos de las plantas si se cultivan en un medio contaminado. Dado que incluso cantidades mínimas interfieren con las funciones tiroideas en los humanos, la presencia de percloratos en los suelos marcianos es un problema importante que debe abordarse antes de que se produzca la colonización. [ 34 ]

Tierra primitiva

.
Paleosuelos reconstruidos de 3.500 millones de años de antigüedad de la Formación Panorama en la región de Pilbara de Australia Occidental [ 35 ]

Los perfiles de suelo de la región de Pilbara, en el noroeste de Australia, muestran un marcado agotamiento de fósforo. Un metabolismo común de las bacterias del azufre es la oxidación a sulfatos como el yeso y la barita. Estos minerales son comunes en los suelos ácidos sulfatados anaeróbicos que se encuentran actualmente en la Tierra y se consideran una posible razón para la acumulación de sulfato en los paleosuelos del Arcaico. Esto refleja evidencia circunstancial de vida en paleosuelos en la Tierra durante el Arcaico, de 3,42 a 3,46 Ga [1].

Origen de la vida

.
Evolución hipotética de los tipos de suelo en diversos cuerpos progenitores de meteoritos y superficies planetarias [ 2 ]

La teoría de que la vida evolucionó en el suelo resulta atractiva porque este atrapa el agua entre los granos de arcilla, creando una serie de cámaras de reacción microscópicas. [ 1 ] Estas también podrían promover la formación de compuestos orgánicos mediante mecanismos demostrados en el experimento de Urey-Miller , de modo que las superficies planetarias se cubrieron con condritas carbonáceas . Los suelos arcillosos y orgánicos están protegidos de la erosión y, por lo tanto, continuaron produciendo arcilla y materia orgánica. La vida unicelular, cuando evolucionó, también habría cumplido la misma función de fijar el suelo. Los ingredientes necesarios para la vida aún se proporcionan mediante el ciclo de meteorización, que promueve la vida.

Véase también

  • https://www.youtube.com/watch?v=HsrQRSqYLCK

Referencias

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