Un antiguo colapso de CO2 hizo fluir el agua en Marte

En un Marte frío y antiguo, corrían ríos y un lago como el Mar Mediterráneo crecía bajo gruesos techos de hielo, según un estudio publicada en el Journal of Geophysical Research: Planets.

El artículo, dirigido por el científico investigador del Planetary Science Institute Peter Buhler, describe cómo hace 3.600 millones de años, el dióxido de carbono se congeló de la atmósfera de Marte y se depositó sobre una capa de hielo de agua en los polos, aislando el calor que emanaba del interior de Marte y aumentando la presión sobre el hielo. Esto provocó que aproximadamente la mitad del inventario total de agua de Marte se derritiera y fluyera por su superficie sin necesidad de calentamiento climático.

El trabajo anterior de Buhler se ha centrado en modelar el ciclo moderno del dióxido de carbono en Marte. Recientemente, amplió su modelo para investigar el intercambio de dióxido de carbono con el regolito marciano, o arena y rocas. Al hacerlo, su modelo encapsula el ciclo completo del dióxido de carbono desde el regolito, a la atmósfera, a los casquetes polares congelados.

Para este estudio, aplicó el modelo a una era crucial en la historia de Marte.

"Este modelo describe los orígenes de las principales características del paisaje de Marte -como el lago más grande, los valles más grandes y el sistema de eskers más grande (restos de ríos que alguna vez fluyeron bajo una capa de hielo)- de una manera autoconsistente", dijo Buhler en un comunicado. "Y solo se basa en un proceso que ya vemos hoy, que es simplemente el dióxido de carbono que se desprende de la atmósfera".

Los científicos saben desde la década de 1970 que gran parte del dióxido de carbono de Marte está actualmente ligado al regolito en capas de una sola molécula de espesor alrededor de cada grano.

Por eso, cuando Buhler incorporó el regolito a su modelo, descubrió que "la atmósfera está principalmente presente en el viaje", dijo. "Actúa como un conducto para la acción real, que es el intercambio entre el regolito y la capa de hielo del polo sur, incluso hoy".

El ciclo está controlado por el grado de inclinación rotacional de Marte, que cambia lentamente de un lado a otro cada 100.000 años marcianos.

Cuando Marte gira casi en línea recta hacia arriba y hacia abajo, los polos no reciben mucha luz solar directa, mientras que el sol calienta el ecuador. En estas condiciones, el gas de dióxido de carbono escapa del regolito hacia la atmósfera. Cuando llega a los polos gélidos, se deposita sobre la capa de hielo de agua.

Por el contrario, cuando Marte está inclinado drásticamente, el sol calienta fácilmente los polos. Como resultado, el hielo de dióxido de carbono se sublima (o directamente se transforma de hielo sólido a gas) en la atmósfera, donde el regolito más frío puede entonces "absorberlo de nuevo como una esponja", dijo Buhler.

Este modelo funciona bien para el Marte actual, por lo que Buhler quería probar cómo funcionaría durante una época en la que el planeta tenía una atmósfera de dióxido de carbono mucho más espesa, hace unos 3.600 millones de años. Los científicos creen que en ese momento la atmósfera de Marte empezó a colapsar y empezó a funcionar el ciclo actual del dióxido de carbono que describió Buhler. También hay pruebas de que esta era coincide con el origen de muchas redes de valles fluviales, pero los científicos aún no se ponen de acuerdo sobre las condiciones climáticas que explicarían su formación.

En el modelo de Buhler, una capa de dióxido de carbono de 0,6 kilómetros de espesor se deposita sobre una capa de hielo de agua de 4 kilómetros de espesor, una capa de hielo de agua aproximadamente tan gruesa como la que existe en el polo sur hoy en día. El hielo de dióxido de carbono actúa como un poderoso aislante, atrapando el calor que irradia el interior caliente del planeta que se encuentra debajo. También añade peso y presión sobre la capa de hielo de agua.

En conjunto, estas condiciones derriten enormes cantidades de agua de la base de la capa de hielo, descubrió.

El agua derretida luego satura la corteza marciana hasta los lados de la capa de hielo. Allí, el agua subterránea intenta escapar, pero en cambio se congela como permafrost.

COMO LOS RÍOS QUE SALEN DE LOS GLACIARES EN LA TIERRA

"Ahora tenemos la capa en la parte superior, un nivel freático saturado debajo y permafrost en los lados", dijo Buhler. "La única forma que queda para que el agua pase es a través de la interfaz entre la capa de hielo y la roca debajo de ella. Es por eso que en la Tierra vemos ríos que salen de debajo de los glaciares en lugar de simplemente drenar hacia el suelo".

Esta agua de deshielo forma ríos en la base de la capa de hielo. Estos ríos subglaciales dejan atrás largas crestas de grava, llamadas eskers. Los científicos han observado muchos eskers cerca del polo sur, con tamaños consistentes con los ríos subglaciales predichos por el modelo de Buhler.

"Los eskers son evidencia de que en algún momento hubo derretimiento subglacial en Marte, y eso es un gran misterio", dijo Buhler. "La gente ha estado tratando de descubrir procesos que podrían hacer que eso suceda, pero nada funcionó realmente. La mejor hipótesis actual es que hubo algún evento de calentamiento global no especificado, pero esa fue una respuesta poco satisfactoria para mí, porque no sabemos qué habría causado ese calentamiento. Este modelo explica los eskers sin invocar el calentamiento climático".

Una vez que los ríos subglaciales alcanzan el borde de la capa de hielo, se encuentran con la atmósfera fría y forman inicialmente flujos exudativos, como lava de movimiento lento cubierta por una costra congelada. Con el tiempo, estos lodos cubiertos de hielo se inflan con suficiente agua como para convertirse en verdaderos ríos cubiertos de hielo. Buhler predice que el hielo que cubre los ríos debería alcanzar decenas a cientos de pies de espesor y tapar un río de unos pocos pies de profundidad con agua fluyendo a través de ellos a unos pocos pies por segundo, con suficiente agua de deshielo para alcanzar longitudes de hasta miles de millas de largo. Hay varios valles largos y sinuosos que descienden desde la región del polo sur, rica en eskers, hacia la cuenca de Argyre que anteriormente se habían identificado como antiguos canales fluviales, en consonancia con la predicción de su modelo.

El agua cubierta de hielo luego llena la cuenca de Argyre, que tiene aproximadamente el volumen del mar Mediterráneo, durante decenas de miles de años antes de desbordarse y vaciarse a casi 5.000 millas de distancia en las llanuras del norte, dijo Buhler. El proceso probablemente ocurrió varias veces, con millones de años de diferencia durante una era de cien millones de años.

"Este es el primer modelo que produce suficiente agua para cubrir Argyre, en consonancia con observaciones geológicas de hace décadas", dijo Buhler. "También es probable que el agua de deshielo, una vez aguas abajo, se sublimara de nuevo en la atmósfera antes de ser devuelta al casquete polar sur, perpetuando un ciclo hidrológico de polo a ecuador que puede haber desempeñado un papel importante en el enigmático pulso de actividad hidrológica de etapa tardía de Marte. Es más, no se requiere un calentamiento de etapa tardía para explicarlo".

A continuación, Buhler planea futuras pruebas de su modelo. Si los resultados siguen siendo válidos, cambiarán drásticamente nuestra comprensión del antiguo ciclo del agua de Marte, dijo.