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regolito marciano

El regolito marciano es la fina capa de depósitos superficiales no consolidados, sueltos y heterogéneos que cubren la superficie de Marte . El término suelo marciano se refiere ...

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El regolito marciano es la fina capa de depósitos superficiales no consolidados, sueltos y heterogéneos que cubren la superficie de Marte . El término suelo marciano se refiere generalmente a la fracción más fina del regolito. Hasta el momento, no se han traído muestras a la Tierra, objetivo de una misión de retorno de muestras de Marte , pero el suelo se ha estudiado de forma remota mediante el uso de rovers y orbitadores marcianos . Sus propiedades pueden diferir significativamente de las del suelo terrestre , incluyendo su toxicidad debido a la presencia de percloratos .

Vista del suelo y las rocas marcianas desde Curiosity tras cruzar la duna de arena "Dingo Gap" (9 de febrero de 2014; imagen transformada a una vista atmosférica similar a la de la Tierra, imagen original ).

Definiciones

En la Tierra, el término "suelo" generalmente incluye contenido orgánico . [ 1 ] En contraste, los científicos planetarios adoptan una definición funcional de suelo para distinguirlo de las rocas. [ 2 ] Las rocas generalmente se refieren a materiales de escala de 10 cm o más grandes (por ejemplo, fragmentos, brecha y afloramientos expuestos) con alta inercia térmica, con fracciones de área consistentes con los datos del mapeador térmico infrarrojo (IRTM) de Viking, e inmóviles bajo las condiciones eólicas (de viento) actuales . [ 2 ] En consecuencia, las rocas se clasifican como granos que exceden el tamaño de los cantos rodados en la escala de Wentworth .

Este enfoque permite la concordancia entre los métodos de teledetección marciana que abarcan el espectro electromagnético desde rayos gamma hasta ondas de radio . El suelo se refiere a todo otro material, típicamente no consolidado, incluyendo aquellos de grano suficientemente fino como para ser movilizados por el viento. [ 2 ] En consecuencia, el suelo abarca una variedad de componentes de regolito identificados en los sitios de aterrizaje. Ejemplos típicos incluyen: forma de lecho (una característica que se desarrolla en la interfaz de un fluido y un lecho móvil, como ondulaciones y dunas), clastos (fragmentos de minerales y rocas preexistentes, como depósitos de sedimentos), concreciones , deriva , polvo , fragmentos rocosos y arena . La definición funcional refuerza una definición genérica de suelo propuesta recientemente para cuerpos terrestres (incluidos asteroides y satélites ) como una capa superficial no consolidada y químicamente meteorizada de material mineral u orgánico de grano fino que excede el espesor de escala centimétrica, con o sin elementos gruesos y porciones cementadas. [ 1 ]

El polvo marciano generalmente se refiere a materiales aún más finos que el suelo marciano, la fracción con un diámetro inferior a 30 micrómetros. La discrepancia en la definición de suelo surge debido a la falta de un concepto integrado en la literatura. La definición pragmática de "medio para el crecimiento de plantas" se ha adoptado comúnmente en la comunidad de ciencias planetarias, pero una definición más compleja describe el suelo como "material alterado (bio)geoquímicamente/físicamente en la superficie de un cuerpo planetario que abarca depósitos telúricos extraterrestres superficiales". Esta definición enfatiza que el suelo es un cuerpo que conserva información sobre su historia ambiental y que no necesita la presencia de vida para formarse.

Toxicidad

El rover Perseverance de Marte levanta una enorme nube de polvo provocada por el viento (18 de junio de 2021).

El regolito marciano es tóxico debido a las concentraciones relativamente altas de compuestos de perclorato que contienen cloro . [ 3 ] El cloro elemental fue descubierto por primera vez durante investigaciones localizadas realizadas por el rover Sojourner de Marte , y ha sido confirmado por Spirit , Opportunity y Curiosity . El orbitador Mars Odyssey también ha detectado percloratos en toda la superficie del planeta.

Los percloratos, como el perclorato de calcio, fueron descubiertos por primera vez en Marte en 2008 por la sonda Phoenix de la NASA . Los niveles detectados en el regolito marciano rondan el 0,5 %, un nivel considerado tóxico para los humanos. [ 4 ] Estos compuestos también son tóxicos para las plantas. Un estudio terrestre de 2013 halló que una concentración de 0,5 g por litro causó:

  • una disminución significativa del contenido de clorofila en las hojas de las plantas
  • reducción del poder oxidante de las raíces de las plantas
  • reducción del tamaño de la planta tanto por encima como por debajo del suelo
  • una acumulación de percloratos concentrados en las hojas

El informe señaló que uno de los tipos de plantas estudiadas, Eichhornia crassipes , parecía resistente a los percloratos y podría usarse para ayudar a eliminar las sales tóxicas del medio ambiente, aunque las propias plantas terminarían conteniendo una alta concentración de percloratos como resultado. [ 5 ] Hay evidencia de que algunas formas de vida bacterianas son capaces de superar los percloratos [ 6 ] [ 7 ] mediante adaptaciones fisiológicas a concentraciones crecientes de percloratos, [ 8 ] y algunas incluso viven de ellos. [ 9 ] En 2022, la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. cofinanciaron una subvención plurianual para estudiar el uso de la bacteria Dehalococcoides mccartyi para descomponer los percloratos en cloruros inocuos y oxígeno. [ 10 ] Sin embargo, el efecto adicional de los altos niveles de UV que llegan a la superficie de Marte rompe los enlaces moleculares, creando sustancias químicas aún más peligrosas que en pruebas de laboratorio en la Tierra demostraron ser más letales para las bacterias que los percloratos solos. [ 11 ] Esto, junto con la temperatura fría, aumentaría la necesidad de cultivar plantas en interiores. [ 12 ]

Se cree que el cloro en los percloratos marcianos proviene de volcanes o de la meteorización acuosa del basalto, y el oxígeno probablemente proviene de la atmósfera, posiblemente con alguna contribución de minerales. Se plantea la hipótesis de que el perclorato puede formarse mediante reacciones del cloro con el ozono, o por oxidación en la superficie de los granos, o mediante reacciones potenciadas con dióxido de cloro, o a través de reacciones con radicales libres producidos por descargas electrostáticas en tormentas de polvo. [ 13 ]

Peligro de polvo

El módulo de aterrizaje InSight, tanto al inicio como al final de su misión, quedó cubierto de polvo marciano, lo que finalmente lo dejó inoperable.

La NASA reconoce desde hace tiempo el peligro potencial para la salud humana que supone el fino polvo marciano . Un estudio de 2002 advirtió sobre esta posible amenaza, y posteriormente se realizó otro estudio utilizando los silicatos más comunes que se encuentran en Marte: olivino , piroxeno y feldespato . Este estudio reveló que el polvo reaccionaba con pequeñas cantidades de agua para producir moléculas altamente reactivas, las mismas que se generan durante la extracción de cuarzo y que se sabe que provocan enfermedades pulmonares en los mineros de la Tierra, incluido el cáncer (el estudio también señaló que el polvo lunar podría ser aún peor). [ 14 ]

A raíz de esto, desde 2001, el Grupo de Análisis del Programa de Exploración de Marte (MEPAG) de la NASA ha tenido como objetivo determinar los posibles efectos tóxicos del polvo en los seres humanos. En 2010, el grupo señaló que, si bien el módulo de aterrizaje Phoenix y los rovers Spirit y Opportunity habían contribuido a responder esta pregunta, ninguno de los instrumentos ha sido adecuado para medir los carcinógenos específicos que preocupan. [ 15 ] El rover Mars 2020 es una misión de astrobiología que también realizará mediciones para ayudar a los diseñadores de una futura expedición humana a comprender los peligros que plantea el polvo marciano. Emplea los siguientes instrumentos relacionados:

La misión del rover Mars 2020 almacenará muestras que podrían ser recuperadas por una futura misión para su transporte a la Tierra. Cualquier pregunta sobre la toxicidad del polvo que no haya sido respondida in situ podrá ser investigada en laboratorios terrestres.

Observaciones

Comparación de suelos en Marte: muestras tomadas por los rovers Curiosity , Opportunity y Spirit (3 de diciembre de 2012). (SiO₂ y FeO se dividen por 10, y Ni, Zn y Br se multiplican por 100). [ 20 ] [ 21 ]
Primer uso de la pala del rover Curiosity para tamizar una carga de arena en " Rocknest " (7 de octubre de 2012).

Marte está cubierto de vastas extensiones de arena y polvo, y su superficie está salpicada de rocas y cantos rodados. El polvo es levantado ocasionalmente en enormes tormentas de polvo que abarcan todo el planeta . El polvo marciano es muy fino, y la cantidad suficiente permanece suspendida en la atmósfera como para darle al cielo un tono rojizo. Este tono rojizo se debe a la oxidación de minerales de hierro, presumiblemente formados hace unos miles de millones de años cuando Marte era cálido y húmedo, pero ahora que Marte es frío y seco, la oxidación moderna podría deberse a un superóxido que se forma en los minerales expuestos a los rayos ultravioleta de la luz solar. [ 22 ] Se cree que la arena se mueve lentamente en los vientos marcianos debido a la muy baja densidad de la atmósfera en la época actual. En el pasado, el agua líquida que fluía por barrancos y valles fluviales pudo haber moldeado el regolito marciano. Los investigadores de Marte están estudiando si la erosión del agua subterránea está modelando el regolito marciano en la época actual, y si existen hidratos de dióxido de carbono en Marte y si desempeñan algún papel.

Primera imagen de difracción de rayos X del suelo marciano : el análisis de CheMin revela feldespato , piroxenos , olivino y más ( rover Curiosity en " Rocknest ", 17 de octubre de 2012). [ 23 ]

Se cree que grandes cantidades de agua y dióxido de carbono [ 24 ] hielos permanecen congelados dentro del regolito en las partes ecuatoriales de Marte y en su superficie en latitudes más altas. Según el Detector de Neutrones de Alta Energía del satélite Mars Odyssey, el contenido de agua del regolito marciano es de hasta un 5% en peso. [ 25 ] [ 26 ] La presencia de olivino , que es un mineral primario fácilmente meteorizable, se ha interpretado como que los procesos de meteorización física en lugar de química dominan actualmente en Marte . [ 27 ] Se cree que las altas concentraciones de hielo en el regolito son la causa de la reptación acelerada del suelo , que forma el " terreno blando " redondeado característico de las latitudes medias marcianas.

En junio de 2008, el módulo de aterrizaje Phoenix devolvió datos que mostraban que el regolito marciano era ligeramente alcalino y contenía nutrientes vitales como magnesio , sodio , potasio y cloruro , todos ellos ingredientes necesarios para el crecimiento de organismos vivos en la Tierra. Los científicos compararon el regolito cerca del polo norte de Marte con el de los jardines domésticos en la Tierra y concluyeron que podría ser adecuado para el crecimiento de plantas. [ 28 ] Sin embargo, en agosto de 2008, el módulo de aterrizaje Phoenix realizó experimentos químicos sencillos , mezclando agua de la Tierra con suelo marciano para intentar medir su pH , y descubrió trazas de la sal perclorato , al tiempo que confirmaba las hipótesis de muchos científicos de que la superficie marciana era considerablemente básica , con un pH de 8,3. La presencia de perclorato hace que el regolito marciano sea más exótico de lo que se creía anteriormente (véase la sección Toxicidad ). [ 29 ] Fueron necesarias más pruebas para eliminar la posibilidad de que las lecturas de perclorato fueran causadas por fuentes terrestres, que en ese momento se pensaba que podrían haber migrado desde la nave espacial a las muestras o a la instrumentación. [ 30 ] Sin embargo, cada nuevo módulo de aterrizaje ha confirmado su presencia en el regolito localmente y el orbitador Mars Odyssey confirmó que están distribuidos globalmente por toda la superficie del planeta. [ 4 ]

El suelo de " Sutton Inlier " en Marte, objetivo del láser de ChemCam , fue captado por el rover Curiosity (11 de mayo de 2013).

En 1999, el rover Mars Pathfinder realizó una medición electrostática indirecta del regolito marciano. El Experimento de Abrasión de Ruedas (WAE, por sus siglas en inglés) se diseñó con quince muestras de metal y aislantes de película montados en la rueda para reflejar la luz solar hacia un sensor fotovoltaico. Las cámaras del módulo de aterrizaje mostraron la acumulación de polvo en las ruedas a medida que el rover se movía, y el WAE detectó una disminución en la cantidad de luz que incidía en el sensor. Se cree que el polvo pudo haber adquirido una carga electrostática al rodar las ruedas sobre la superficie, lo que provocó que el polvo se adhiriera a la superficie de la película. [ 31 ]

El 17 de octubre de 2012 (con el rover Curiosity en " Rocknest "), se realizó el primer análisis de difracción de rayos X del regolito marciano. Los resultados revelaron la presencia de varios minerales, entre ellos feldespato , piroxenos y olivino , y sugirieron que el regolito marciano de la muestra era similar a los " suelos basálticos erosionados " de los volcanes hawaianos . [ 23 ] La ceniza volcánica hawaiana ha sido utilizada como simulador de regolito marciano por los investigadores desde 1998. [ 32 ]

En diciembre de 2012, los científicos que trabajaban en la misión Mars Science Laboratory anunciaron que un análisis exhaustivo del regolito marciano realizado por el rover Curiosity mostró evidencia de moléculas de agua , azufre y cloro , así como indicios de compuestos orgánicos . [ 20 ] [ 21 ] [ 33 ] Sin embargo, no se pudo descartar la contaminación terrestre como fuente de los compuestos orgánicos.

El 26 de septiembre de 2013, científicos de la NASA informaron que el rover Curiosity de Marte detectó agua "abundante y fácilmente accesible" (1,5 a 3 por ciento en peso) en muestras de regolito en la región Rocknest de Aeolis Palus en el cráter Gale . [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] Además, la NASA informó que el rover Curiosity encontró dos tipos principales de regolito: un tipo máfico de grano fino y un tipo félsico de grano grueso derivado localmente . [ 36 ] [ 38 ] [ 40 ] El tipo máfico, similar a otros regolitos marcianos y polvo marciano , se asoció con la hidratación de las fases amorfas del regolito. [ 40 ] Además, se encontraron percloratos , cuya presencia puede dificultar la detección de moléculas orgánicas relacionadas con la vida, en el lugar de aterrizaje del rover Curiosity (y anteriormente en el sitio más polar del módulo de aterrizaje Phoenix ), lo que sugiere una "distribución global de estas sales". [ 39 ] La NASA también informó que la roca Jake M , una roca encontrada por Curiosity en el camino a Glenelg , era una mugearita y muy similar a las rocas de mugearita terrestres. [ 41 ]

El 11 de abril de 2019, la NASA anunció que el rover Curiosity en Marte perforó y estudió detenidamente una " unidad portadora de arcilla " que, según el gerente del proyecto del rover, es un "hito importante" en el viaje de Curiosity hacia el Monte Sharp . [ 42 ]

Los humanos necesitarán recursos in situ para colonizar Marte. Esto exige comprender los sedimentos locales no consolidados, pero la clasificación de dichos sedimentos aún está en desarrollo. Se conoce muy poco de la superficie marciana para obtener una imagen suficientemente representativa. [ 43 ]

Polvo atmosférico

Detalle de una tormenta de polvo marciana, vista desde la órbita.
Marte sin tormenta de polvo en junio de 2001 (a la izquierda) y con una tormenta de polvo global en julio de 2001 (a la derecha), según las imágenes de la sonda Mars Global Surveyor.
Tormenta de polvo en Marte con profundidad óptica tau de mayo a septiembre de 2018 (por Mars Climate Sounder )
Diferencia entre nubes de polvo y nubes de agua: la nube amarilla en la parte inferior central de la imagen es una gran nube de polvo, las otras nubes blancas son nubes de agua.

El polvo de tamaño similar se depositará en la atmósfera marciana, más delgada, antes que en la Tierra. Por ejemplo, el polvo suspendido por las tormentas de polvo globales de 2001 en Marte permaneció en la atmósfera marciana solo 0,6 años, mientras que el polvo del Monte Pinatubo tardó unos dos años en depositarse. [ 44 ] Sin embargo, en las condiciones actuales de Marte, los movimientos de masa involucrados son generalmente mucho menores que en la Tierra. Incluso las tormentas de polvo globales de 2001 en Marte movieron solo el equivalente a una capa de polvo muy delgada, de aproximadamente 3 μm de espesor si se depositara con un espesor uniforme entre los 58° norte y sur del ecuador. [ 44 ] La deposición de polvo en los dos sitios de los rovers ha procedido a una tasa de aproximadamente el espesor de un grano cada 100 soles . [ 45 ]

La diferencia en la concentración de polvo en la atmósfera terrestre y la de Marte se debe a un factor clave. En la Tierra, el polvo que se desprende de la atmósfera generalmente se agrega en partículas más grandes por la acción de la humedad del suelo o se suspende en aguas oceánicas. Esto se debe a que la mayor parte de la superficie terrestre está cubierta de agua líquida. Ninguno de estos procesos ocurre en Marte, lo que deja el polvo depositado disponible para volver a suspenderse en la atmósfera marciana. [ 46 ] De hecho, la composición del polvo atmosférico marciano, muy similar al polvo de la superficie , según lo observado por el espectrómetro de emisión térmica del Mars Global Surveyor , puede estar dominada volumétricamente por compuestos de feldespato plagioclasa y zeolita [ 47 ] que pueden derivarse mecánicamente de rocas basálticas marcianas sin alteración química. Las observaciones de las trampas magnéticas de polvo de los Mars Exploration Rovers sugieren que alrededor del 45 % del hierro elemental en el polvo atmosférico está oxidado al máximo ( Fe³⁺ ) y que casi la mitad existe en titanomagnetita, [ 48 ] ambos consistentes con la derivación mecánica del polvo con alteración acuosa limitada a solo finas películas de agua. [ 49 ] En conjunto, estas observaciones respaldan la ausencia de procesos de agregación de polvo impulsados ​​por agua en Marte. Además, la actividad del viento domina la superficie de Marte en la actualidad, y los abundantes campos de dunas de Marte pueden fácilmente generar partículas en suspensión atmosférica a través de efectos como la desagregación de partículas finas por granos más grandes mediante colisiones. [ 50 ]

Las partículas de polvo atmosférico marciano tienen generalmente un diámetro de 3 μm. [ 51 ] Si bien la atmósfera de Marte es más delgada, Marte también tiene una aceleración gravitacional menor, por lo que el tamaño de las partículas que permanecerán en suspensión no puede estimarse solo con el espesor atmosférico. Las fuerzas electrostáticas y de van der Waals que actúan entre las partículas finas introducen complejidades adicionales en los cálculos. Un modelado riguroso de todas las variables relevantes sugiere que las partículas de 3 μm de diámetro pueden permanecer en suspensión indefinidamente a la mayoría de las velocidades del viento, mientras que las partículas de hasta 20 μm de diámetro pueden entrar en suspensión desde el reposo con una turbulencia del viento superficial tan baja como 2 ms −1 o permanecer en suspensión a 0,8 ms −1 . [ 45 ]

En julio de 2018, los investigadores informaron que la mayor fuente individual de polvo en el planeta Marte proviene de la Formación Medusae Fossae . [ 52 ]

Remolinos de polvo
Remolino de polvo en Marte visto desde el rover Curiosity .
Un remolino de polvo de 30 metros de ancho y 800 metros de alto. Se han observado remolinos de polvo de hasta 20 kilómetros de altura.
Los remolinos de polvo dejan estelas oscuras y sinuosas en la superficie marciana.

Investigación sobre la Tierra

Un pequeño montón de simulador de suelo JSC MARS-1A [ 53 ]

Actualmente, la investigación en la Tierra se limita al uso de simulantes de regolito marciano , como el simulante MGS-1 producido por Exolith Lab, [ 54 ] que se basan en el análisis de varias naves espaciales a Marte . Estos son materiales terrestres que se utilizan para simular las propiedades químicas y mecánicas del regolito marciano para investigación, experimentos y pruebas de prototipos de actividades relacionadas con el regolito marciano, como la mitigación del polvo en equipos de transporte, sistemas avanzados de soporte vital y utilización de recursos in situ .

Se están planificando varias misiones de retorno de muestras de Marte , que permitirían traer regolito marciano real a la Tierra para un análisis más avanzado que el que se puede realizar in situ en la superficie de Marte . Esto debería permitir la creación de simulaciones aún más precisas. La primera de estas misiones es una misión en varias fases que comienza con el módulo de aterrizaje Mars 2020. Este recolectará muestras durante un largo período. Un segundo módulo de aterrizaje recogerá las muestras y las traerá de regreso a la Tierra.

  • Arena y rocas marcianas fotografiadas por el rover Spirit de la NASA (13 de abril de 2006).
    Arena y rocas marcianas fotografiadas por el rover Spirit de la NASA (13 de abril de 2006).
  • Afloramiento rocoso "Hottah" (primer plano; 3D) (12 de septiembre de 2012)
    Afloramiento rocoso " Hottah " ( primer plano ; 3D ) (12 de septiembre de 2012)
  • Arena en forma de "nido de rocas" en Marte: una huella dejada por el rover Curiosity (MAHLI, 4 de octubre de 2012).
    " Rocknest ", una formación de arena en Marte, una huella dejada por el rover Curiosity ( MAHLI , 4 de octubre de 2012).
  • La roca "Rocknest 3" en Marte, vista por la cámara MastCam del rover Curiosity (5 de octubre de 2012).
    La roca " Rocknest 3 " en Marte, vista por la cámara MastCam del rover Curiosity (5 de octubre de 2012).
  • Huellas del rover Curiosity en las arenas del "Valle Escondido" (4 de agosto de 2014)
    Huellas del rover Curiosity en las arenas del " Valle Escondido " (4 de agosto de 2014)
  • La rueda del rover Curiosity parcialmente sumergida en la arena en Hidden Valley (6 de agosto de 2014).
    La rueda del rover Curiosity parcialmente sumergida en la arena en Hidden Valley (6 de agosto de 2014).
  • Movimiento de arena en Marte, visto por el rover Curiosity (23 de enero de 2017)
    Movimiento de arena en Marte, visto por el rover Curiosity (23 de enero de 2017)
  • Una duna en Marte aparece en falso color azul. En falso color, los colores del amarillo al azul representan regolito más cálido a más frío.[55]
    Una duna en Marte aparece en falso color azul. En falso color, los colores del amarillo al azul representan regolito más cálido a más frío. [ 55 ]
  • Una avalancha de polvo
    Una avalancha de polvo

Véase también

Referencias

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  • Vídeo (04:32) – Evidencia: El agua fluyó "con fuerza" en Marte – Septiembre de 2012
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