Suelo marciano

El suelo marciano es el fino regolito que se encuentra en la superficie de Marte . Sus propiedades pueden diferir significativamente de las del suelo terrestre , incluida su toxicidad debido a la presencia de percloratos . El término suelo marciano se refiere típicamente a la fracción más fina de regolito. Hasta ahora, no se han devuelto muestras a la Tierra, el objetivo de una misión de retorno de muestras a Marte , pero el suelo se ha estudiado de forma remota con el uso de vehículos exploradores y orbitadores de Marte .

La curiosidad 's vista de Marte suelo y rocas después de cruzar el 'Dingo Gap' duna de arena (9 de febrero de 2014; imagen transformada a la Tierra-como vista atmosférica, imagen original ).

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 una escala de 10 cm y materiales más grandes (por ejemplo, fragmentos, brechas y afloramientos expuestos) con alta inercia térmica, con fracciones de área consistentes con los datos del Viking Infrared Thermal Mapper (IRTM) e inmóviles bajo las condiciones eólicas actuales. . [2] En consecuencia, las rocas se clasifican como granos que exceden el tamaño de los guijarros en la escala de Wentworth .

Este enfoque permite un acuerdo entre los métodos de teledetección marcianos que abarcan el espectro electromagnético desde gamma hasta ondas de radio . "Suelo" se refiere a todos los demás materiales, normalmente no consolidados, incluidos los de grano suficientemente fino para ser movilizados por el viento. [2] En consecuencia, el suelo abarca una variedad de componentes de regolitos identificados en los sitios de aterrizaje. Los ejemplos típicos incluyen: armadura de base, clastos, concreciones, deriva, polvo, fragmentos rocosos y arena. La definición funcional refuerza una definición genérica propuesta recientemente de suelo en cuerpos terrestres (incluidos asteroides y satélites ) como una capa superficial no consolidada y químicamente degradada de material mineral u orgánico de grano fino que excede el espesor de escala de centímetros, con o sin elementos gruesos y partes cementadas. [1]

El polvo marciano generalmente connota materiales incluso más finos que el suelo marciano, la fracción que tiene menos de 30 micrómetros de diámetro. El desacuerdo sobre la importancia de la definición de suelo surge debido a la falta de un concepto integrado de suelo en la literatura. La definición pragmática de "medio para el crecimiento de las plantas" se ha adoptado comúnmente en la comunidad científica planetaria, 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 retiene información sobre su historia ambiental y que no necesita la presencia de vida para formarse.

El suelo 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 por el rover de Marte Sojourner , y ha sido confirmado por Spirit , Opportunity y Curiosity . El orbitador Mars Odyssey también ha detectado percloratos en la superficie del planeta.

El módulo de aterrizaje Phoenix de la NASA detectó por primera vez compuestos a base de cloro como el perclorato de calcio . Los niveles detectados en el suelo marciano rondan el 0,5%, que es un nivel considerado tóxico para los humanos. [4] Estos compuestos también son tóxicos para las plantas. Un estudio terrestre de 2013 encontró que un nivel de concentración similar al encontrado en Marte (0.5 g por litro) causaba:

  • una disminución significativa en el 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 estudiados, Eichhornia crassipes , parecía resistente a los percloratos y podría usarse para ayudar a eliminar las sales tóxicas del medio ambiente, aunque las plantas mismas terminarían conteniendo una alta concentración de percloratos como resultado. . [5] Existe evidencia de que algunas formas de vida bacterianas pueden vencer a los percloratos e incluso vivir de ellos. Sin embargo, el efecto adicional de los altos niveles de rayos ultravioleta 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. [6]

Peligro de polvo

El peligro potencial para la salud humana del fino polvo marciano ha sido reconocido por la NASA desde hace mucho tiempo . Un estudio de 2002 advirtió sobre la amenaza potencial y se llevó a cabo un estudio utilizando los silicatos más comunes que se encuentran en Marte: olivino , piroxeno y feldespato . Descubrió que el polvo reaccionaba con pequeñas cantidades de agua para producir moléculas altamente reactivas que también se producen durante la extracción de cuarzo y se sabe que producen enfermedades pulmonares en los mineros de la Tierra, incluido el cáncer (el estudio también señaló que el polvo lunar puede ser peor). . [7]

A raíz de esto, desde 2005 el Grupo de Análisis del Programa de Exploración de Marte de la NASA (MEPAG) ha tenido como objetivo determinar los posibles efectos tóxicos del polvo en los seres humanos. En 2010, el grupo señaló que aunque 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 particulares que son motivo de preocupación. [8] 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:

  • MEDA , un conjunto de sensores atmosféricos que miden varias cosas, incluida la radiación y el tamaño y la forma del polvo.
  • PIXL , un espectrómetro de fluorescencia de rayos X para determinar la composición elemental a escala fina de los materiales de la superficie marciana. [9] [10]
  • SHERLOC , un espectrómetro ultravioleta Raman que utiliza imágenes de escala fina y un láser ultravioleta (UV) para determinar la mineralogía a escala fina [11] [12]

La misión del rover Mars 2020 almacenará en caché muestras que podrían ser recuperadas por una misión futura para su transporte a la Tierra. Cualquier pregunta sobre la toxicidad del polvo que aún no haya sido respondida in situ puede ser abordada por los laboratorios de la Tierra.

Comparación de suelos en Marte: muestras por rovers Curiosity , Opportunity y Spirit (3 de diciembre de 2012). (SiO 2 y FeO se dividen por 10, y Ni, Zn y Br se multiplican por 100). [13] [14]
Primer uso de la pala del rover Curiosity mientras tamiza 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 llena de rocas y cantos rodados. El polvo se recoge ocasionalmente en vastas tormentas de polvo en todo el planeta . El polvo de Marte es muy fino y queda lo suficiente suspendido en la atmósfera para darle al cielo un tono rojizo. El tono rojizo se debe a la oxidación de los minerales de hierro que probablemente se formaron hace unos pocos miles de millones de años cuando Marte era cálido y húmedo, pero ahora que Marte es frío y seco, la oxidación moderna puede deberse a un superóxido que se forma en los minerales expuestos a los rayos ultravioleta de la luz solar. . [15] Se cree que la arena se mueve lentamente con 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 los barrancos y los valles de los ríos pudo haber dado forma al regolito marciano. Los investigadores de Marte están estudiando si la erosión del agua subterránea está dando forma al regolito marciano en la época actual, y si los hidratos de dióxido de carbono existen en Marte y juegan un papel.

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

Se cree que grandes cantidades de hielo de agua y dióxido de carbono [ cita requerida ] 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. [17] [18] La presencia de olivino , que es un mineral primario fácilmente degradable, se ha interpretado en el sentido de que los procesos de meteorización físicos más que químicos dominan actualmente en Marte . [19] Se cree que las altas concentraciones de hielo en los suelos son la causa del deslizamiento acelerado del suelo , que forma el " terreno ablandado " redondeado característico de las latitudes medias marcianas.

En junio de 2008, el módulo de aterrizaje Phoenix devolvió datos que mostraban que el suelo marciano era ligeramente alcalino y contenía nutrientes vitales como magnesio , sodio , potasio y cloruro , todos los cuales son ingredientes para que los organismos vivos crezcan en la Tierra. Los científicos compararon el suelo cerca del polo norte de Marte con el de los jardines traseros de la Tierra y concluyeron que podría ser adecuado para el crecimiento de plantas. [20] Sin embargo, en agosto de 2008, el Phoenix Lander realizó experimentos químicos simples , mezclando agua de la Tierra con suelo marciano en un intento de probar su pH , y descubrió rastros de perclorato de sal , al tiempo que confirmó las teorías de muchos científicos de que el marciano La superficie era considerablemente básica , midiendo 8,3. La presencia del perclorato hace que el suelo marciano sea más exótico de lo que se creía (ver la sección de Toxicidad ). [21] Fue necesario realizar 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 la instrumentación. [22] Sin embargo, cada nuevo módulo de aterrizaje ha confirmado su presencia en el suelo localmente y el orbitador Mars Odyssey confirmó que se encuentran distribuidos globalmente por toda la superficie del planeta. [4]

Suelo " Sutton Inlier " en Marte - objetivo del láser de ChemCam - rover Curiosity (11 de mayo de 2013).

Si bien nuestra comprensión de los suelos marcianos es extremadamente rudimentaria, su diversidad puede plantear la pregunta de cómo podríamos compararlos con nuestros suelos terrestres. La aplicación de un sistema basado en la Tierra es en gran medida debatible, pero una opción simple es distinguir la Tierra (en gran parte) biótica del Sistema Solar abiótico e incluir todos los suelos que no son de la Tierra en una nueva Base de referencia mundial para el Grupo de referencia de recursos del suelo o la taxonomía de suelos del USDA. Orden, que tentativamente podría llamarse Astrosoles. [23]

El 17 de octubre de 2012 ( rover Curiosity en " Rocknest "), se realizó el primer análisis de difracción de rayos X del suelo marciano. Los resultados revelaron la presencia de varios minerales, incluidos feldespato , piroxenos y olivino , y sugirieron que el suelo marciano de la muestra era similar a los " suelos basálticos erosionados " de los volcanes hawaianos . [16] Los investigadores han utilizado ceniza volcánica hawaiana como simulador de regolito marciano desde 1998. [24]

En diciembre de 2012, los científicos que trabajaban en la misión Mars Science Laboratory anunciaron que un extenso análisis del suelo marciano realizado por el rover Curiosity mostró evidencia de moléculas de agua , azufre y cloro , así como indicios de compuestos orgánicos . [13] [14] [25] Sin embargo, no se puede descartar la contaminación terrestre , como fuente de los compuestos orgánicos.

El 26 de septiembre de 2013, los científicos de la NASA informaron que el rover Mars Curiosity detectó agua "abundante y de fácil acceso" (1,5 a 3 por ciento en peso) en muestras de suelo en la región Rocknest de Aeolis Palus en el cráter Gale . [26] [27] [28] [29] [30] [31] Además, la NASA informó que el rover Curiosity encontró dos tipos de suelo principales: un tipo máfico de grano fino y un tipo félsico de grano grueso derivado localmente . [28] [30] [32] El tipo máfico, similar a otros suelos marcianos y al polvo marciano , se asoció con la hidratación de las fases amorfas del suelo. [32] Además, se encontraron percloratos , cuya presencia puede dificultar la detección de moléculas orgánicas relacionadas con la vida , en el sitio de aterrizaje del rover Curiosity (y antes en el sitio más polar del módulo de aterrizaje Phoenix ), lo que sugiere una "distribución global de estos sales". [31] La NASA también informó que la roca Jake M , una roca encontrada por Curiosity en el camino a Glenelg , era mugearita y muy similar a las rocas mugearitas terrestres. [33]

El 11 de abril de 2019, la NASA anunció que el rover Curiosity en Marte perforó, y estudió de cerca, una " unidad de arcilla " que, según el Gerente de Proyecto del rover, es un "hito importante" en el viaje de Curiosity por el Monte. Afilado . [34]

Curiosidad perforada en una " unidad de arcilla ". [34]

Los humanos necesitarán recursos in situ para colonizar Marte. Eso exige una comprensión del sedimento a granel no consolidado local, pero la clasificación de dicho sedimento sigue siendo un trabajo en progreso. Se sabe que muy poca de toda la superficie marciana dibuja una imagen suficientemente representativa. Mientras tanto, es correcto utilizar mejor el término suelo para indicar sedimentos no consolidados de Marte. [35]

Diablo de polvo en Marte - visto por el rover Curiosity - (9 de agosto de 2020)
Diablo de polvo en Marte ( MGS )
Los demonios de polvo causan retorcidos senderos oscuros en la superficie marciana
Serpent Dust Devil of Mars ( MRO )
Demonios de polvo en Valles Marineris ( MRO )
Martian Dust Devil - en Amazonis Planitia (10 de abril de 2001) ( también ) ( video (02:19) ).
Tormentas de polvo en Marte
6 de junio de 2018 . [36]
25 de noviembre de 2012
18 de noviembre de 2012
Se anotan las ubicaciones de los rovers Opportunity y Curiosity ( MRO )

El polvo de tamaño similar se depositará de la atmósfera marciana más delgada antes de lo que lo haría en la Tierra. Por ejemplo, el polvo suspendido por las tormentas de polvo globales de 2001 en Marte solo permaneció en la atmósfera marciana durante 0,6 años, mientras que el polvo del Monte Pinatubo tardó unos dos años en asentarse. [37] Sin embargo, bajo las condiciones marcianas actuales, los movimientos de masa involucrados son generalmente mucho más pequeños 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 deposita con un espesor uniforme entre 58 ° al norte y al sur del ecuador. [37] La deposición de polvo en los dos sitios del rover ha procedido a una velocidad del grosor de un grano cada 100 soles . [38]

La diferencia en la concentración de polvo en la atmósfera de la Tierra y la de Marte se debe a un factor clave. En la Tierra, el polvo que sale de la suspensión atmosférica generalmente se agrega en partículas más grandes a través de la acción de la humedad del suelo o se suspende en aguas oceánicas. Ayuda que la mayor parte de la superficie de la Tierra esté cubierta por agua líquida. Ninguno de los procesos ocurre en Marte, dejando el polvo depositado disponible para la suspensión en la atmósfera marciana. [39] De hecho, la composición del polvo atmosférico marciano, muy similar al polvo de la superficie , según lo observado por el espectrómetro de emisión térmica Mars Global Surveyor , puede estar dominada volumétricamente por compuestos de plagioclasa feldespato y zeolita [40] que pueden derivarse mecánicamente de Rocas basálticas marcianas sin alteración química. Las observaciones de las trampas de polvo magnéticas de los Mars Exploration Rovers sugieren que alrededor del 45% del hierro elemental en el polvo atmosférico se oxida al máximo (3+) y que casi la mitad existe en titanomagnetita, [41] ambos consistentes con la derivación mecánica del polvo con alteración acuosa. limitado a solo películas delgadas de agua. [42] En conjunto, estas observaciones apoyan 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 producir partículas en suspensión atmosférica a través de efectos como granos más grandes que disgregan partículas finas a través de colisiones. [43]

Las partículas de polvo atmosférico marciano tienen generalmente un diámetro de 3 µm. [44] Es importante señalar que, si bien la atmósfera de Marte es más delgada, Marte también tiene una aceleración gravitacional más baja, por lo que el tamaño de las partículas que permanecerán en suspensión no se puede estimar solo con el espesor atmosférico. Las fuerzas electrostáticas y de van der Waals que actúan entre partículas finas introducen complejidades adicionales en los cálculos. El 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 en turbulencias eólicas superficiales tan bajas como 2 ms -1 o permanecer en suspensión a 0,8 ms −1 . [38]

En julio de 2018, los investigadores informaron que la mayor fuente de polvo en el planeta Marte proviene de la Formación Medusae Fossae . [45]

"> Reproducir medios
Tormenta de polvo de Marte - profundidad óptica tau - mayo a septiembre de 2018
( Mars Climate Sounder ; Mars Reconnaissance Orbiter )
(1:38; animación; 30 de octubre de 2018; descripción del archivo )
Marte (antes / después) tormenta de polvo (julio de 2018)
Marte sin una 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 lo visto por Mars Global Surveyor
Duna de arena de Namib (lado a favor del viento) en Marte
( rover Curiosity ; 17 de diciembre de 2015).
Erosión por tormenta de polvo

Una pequeña pila de simulante de suelo JSC MARS-1A [46]

La investigación en la Tierra se limita actualmente al uso de simuladores de suelo marciano , que se basan en el análisis de las distintas naves espaciales de Marte . Se trata de un material terrestre que se utiliza para simular las propiedades químicas y mecánicas del regolito marciano para la investigación, experimentos y pruebas de prototipos de actividades relacionadas con el suelo marciano, como la mitigación de polvo de los equipos de transporte, los sistemas avanzados de soporte vital y la utilización de recursos in situ .

Se están planificando varias misiones de retorno de muestras de Marte , lo que permitiría devolver el suelo marciano real a la Tierra para un análisis más avanzado de lo que es posible in situ en la superficie de Marte . Esto debería permitir simuladores aún más precisos. La primera de estas misiones es una misión de varias partes que comienza con el módulo de aterrizaje Mars 2020 . Esto recolectará muestras durante un período prolongado. Un segundo módulo de aterrizaje recogerá las muestras y las devolverá a la Tierra .

  • Arena y rocas marcianas fotografiadas por el Mars Exploration Rover Spirit de la NASA (13 de abril de 2006).

  • Afloramiento rocoso " Hottah " ( primer plano ; 3D ) (12 de septiembre de 2012).

  • Arena " Rocknest " en Marte: burla hecha por el rover Curiosity ( MAHLI , 4 de octubre de 2012).

  • Roca " Rocknest 3 " en Marte, vista por MastCam en Curiosity (5 de octubre de 2012).

  • Huellas del rover Curiosity en las arenas de " Hidden Valley " (4 de agosto de 2014).

  • La rueda del rover Curiosity parcialmente sumergida en la arena en Hidden Valley (6 de agosto de 2014).

  • Arena moviéndose en Marte - según lo visto por Curiosity (23 de enero de 2017).

  • Duna azul en Marte
    (24 de enero de 2018).

  • Duna azul en Marte>
    (Color mejorado; 24 de enero de 2018)

  • Las dunas de Marte se parecen al emblema de la Flota Estelar de Star Trek . [47] [48]

  • Simulante de suelo marciano
  • Cuadrilátero Aeolis
  • Carbonatos en Marte
  • Composición de Marte
  • Cráter Gale
  • Geología de Marte
  • Lista de rocas en Marte
  • Simulante de regolito marciano
  • Información científica de la misión Mars Exploration Rover
  • Agua en Marte

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  • Video (04:32) - Evidencia: El agua fluyó "vigorosamente" en Marte - Septiembre de 2012