El Noé es un sistema geológico y un período temprano en el planeta Marte caracterizado por altas tasas de impactos de meteoritos y asteroides y la posible presencia de abundante agua superficial . [1] La edad absoluta del período de Noé es incierta, pero probablemente corresponde a los períodos lunares Prenectario a Imbrio Temprano [2] de hace 4100 a 3700 millones de años, durante el intervalo conocido como el Bombardeo Intenso Tardío . [3] Muchas de las grandes cuencas de impacto en la Luna y Marte se formaron en este momento. El Período de Noé es aproximadamente equivalente a los eones Hadeano y a los primeros eones Arcaicos de la Tierra , cuando probablemente surgieron las primeras formas de vida en la Tierra. [4]
Los terrenos de la edad de Noé en Marte son lugares privilegiados para el aterrizaje de naves espaciales para buscar evidencia fósil de vida . [5] [6] [7] Durante el período de Noé, la atmósfera de Marte era más densa de lo que es hoy, y el clima posiblemente era lo suficientemente cálido (al menos ocasionalmente) como para permitir la lluvia. [8] Grandes lagos y ríos estaban presentes en el hemisferio sur, [9] [10] y un océano puede haber cubierto las llanuras bajas del norte. [11] [12] Se produjo un vulcanismo extenso en la región de Tharsis , acumulando enormes masas de material volcánico (el abultamiento de Tharsis ) y liberando grandes cantidades de gases a la atmósfera. [3] La erosión de las rocas superficiales produjo una diversidad de minerales arcillosos ( filosilicatos ) que se formaron en condiciones químicas propicias para la vida microbiana . [13] [14]
Aunque existe abundante evidencia geológica de agua superficial en las primeras etapas de la historia de Marte, la naturaleza y el momento de las condiciones climáticas bajo las cuales se produjo esa agua es un tema de intenso debate científico. [15] Hoy en día, Marte es un desierto frío e hiperárido con una presión atmosférica promedio inferior al 1% de la de la Tierra. El agua líquida es inestable y se congelará o se evaporará según la estación y la ubicación (consulte Agua en Marte ). Conciliar la evidencia geológica de valles fluviales y lagos con modelos climáticos computarizados del Marte de Noé ha sido un gran desafío. [16] Los modelos que postulan una atmósfera espesa de dióxido de carbono y el consiguiente efecto invernadero tienen dificultades para reproducir las temperaturas medias más altas necesarias para abundante agua líquida. Esto se debe en parte a que Marte recibe menos de la mitad de la radiación solar que la Tierra y a que el sol durante el período de Noé era sólo alrededor del 75% de su brillo actual. [17] [18] Como consecuencia, algunos investigadores ahora favorecen un clima general de Noé que era “frío y helado” marcado por breves excursiones climáticas (cientos a miles de años) lo suficientemente cálidas como para derretir el hielo superficial y producir las características fluviales que se ven hoy. . [19] Otros investigadores abogan por un Marte temprano semiárido con al menos períodos transitorios de lluvia calentados por una atmósfera de dióxido de carbono e hidrógeno. [20] Las causas de los períodos de calentamiento aún no están claras, pero pueden deberse a grandes impactos, erupciones volcánicas o forzamiento orbital . En cualquier caso, parece probable que el clima a lo largo del período de Noé no fuera uniformemente cálido y húmedo. [21] En particular, gran parte de la actividad de formación de ríos y lagos parece haber ocurrido durante un intervalo relativamente corto al final del Noé y se extendió hasta principios del Hesperiense . [22] [23] [24]
El sistema y período de Noé lleva el nombre de Noachis Terra (literalmente, "Tierra de Noé "), una región montañosa llena de cráteres al oeste de la cuenca de Hellas . El área tipo del Sistema de Noé se encuentra en el cuadrilátero de Noé (MC-27) alrededor de 40°S 340°W / 40°S 340°W / -40; -340 . [2] A gran escala (>100 m), las superficies de Noé son muy montañosas y accidentadas, y superficialmente se asemejan a las tierras altas lunares . Los terrenos de Noé consisten en mantos de eyección superpuestos e intercalados de muchos cráteres antiguos. También son comunes los materiales de borde montañoso y la roca de basamento elevada de grandes cuencas de impacto. [25] (Ver Anseris Mons , por ejemplo.) La densidad numérica de los grandes cráteres de impacto es muy alta, con alrededor de 200 cráteres de más de 16 km de diámetro por millón de km 2 . [26] Las unidades de la edad de Noé cubren el 45% de la superficie marciana; [27] se encuentran principalmente en las tierras altas del sur del planeta, pero también están presentes en grandes áreas del norte, como en Tempe y Xanthe Terrae, Acheron Fossae y alrededor de la cuenca de Isidis ( Libia Montes ). [28] [29]
Los períodos de tiempo marcianos se basan en el mapeo geológico de unidades de superficie a partir de imágenes de naves espaciales . [25] [30] Una unidad de superficie es un terreno con una textura, color, albedo , propiedad espectral o conjunto de accidentes geográficos distintivos que lo distinguen de otras unidades de superficie y que es lo suficientemente grande como para mostrarse en un mapa. [31] Los cartógrafos utilizan un enfoque estratigráfico iniciado a principios de la década de 1960 para estudios fotogeológicos de la Luna . [32] Aunque se basa en las características de la superficie, una unidad de superficie no es la superficie en sí ni un grupo de accidentes geográficos . Es una unidad geológica inferida (p. ej., formación ) que representa un cuerpo de roca en forma de lámina, cuña o tabular que se encuentra debajo de la superficie. [33] [34] Una unidad de superficie puede ser un depósito de material eyectado de un cráter, un flujo de lava o cualquier superficie que pueda representarse en tres dimensiones como un estrato discreto unido arriba o abajo por unidades adyacentes (ilustrado a la derecha). Utilizando principios como la superposición (ilustrado a la izquierda), las relaciones transversales y la relación entre la densidad de los cráteres de impacto y la edad, los geólogos pueden colocar las unidades en una secuencia de edad relativa desde la más antigua hasta la más joven. Las unidades de edad similar se agrupan globalmente en unidades cronoestratigráficas ( cronoestratigráficas ) más grandes, llamadas sistemas . Para Marte se definen cuatro sistemas: el Pre-Noé, el Noé, el Hesperio y el Amazónico. Las unidades geológicas que se encuentran debajo (más antiguas que) el Noé se denominan informalmente Pre-Noé . [35] El equivalente de tiempo geológico ( geocronológico ) del Sistema de Noé es el Período de Noé. Las unidades de roca o superficie del Sistema de Noé se formaron o depositaron durante el Período de Noé.
Sistema y Período no son términos intercambiables en la nomenclatura estratigráfica formal, aunque frecuentemente se confunden en la literatura popular. Un sistema es una columna estratigráfica idealizada basada en el registro físico de rocas de un área tipo (sección tipo) correlacionada con secciones de rocas de muchos lugares diferentes en todo el planeta. [37] Un sistema está limitado arriba y abajo por estratos con características claramente diferentes (en la Tierra, generalmente fósiles índice ) que indican cambios dramáticos (a menudo abruptos) en la fauna dominante o las condiciones ambientales. (Véase el límite Cretácico-Paleógeno como ejemplo).
En cualquier ubicación, las secciones de roca en un sistema dado tienden a contener espacios ( discordancias ) análogos a las páginas faltantes de un libro. En algunos lugares, las rocas del sistema están completamente ausentes debido a la falta de depósito o a la erosión posterior. Por ejemplo, las rocas del Sistema Cretácico están ausentes en gran parte del interior central oriental de los Estados Unidos. Sin embargo, allí todavía se produjo el intervalo de tiempo del Cretácico (Período Cretácico). Por lo tanto, un período geológico representa el intervalo de tiempo durante el cual se depositaron los estratos de un sistema, incluida cualquier cantidad de tiempo desconocida presente en los espacios. [37] Los períodos se miden en años, determinados mediante datación radiactiva . En Marte, no se dispone de edades radiométricas excepto de meteoritos marcianos cuya procedencia y contexto estratigráfico se desconocen. En cambio, las edades absolutas en Marte están determinadas por la densidad de los cráteres de impacto, que depende en gran medida de los modelos de formación de cráteres a lo largo del tiempo. [38] En consecuencia, las fechas de inicio y fin de los períodos marcianos son inciertas, especialmente para el límite Hesperian/Amazónico, que puede estar equivocado por un factor de 2 o 3. [35] [39]
En muchas áreas del planeta, la parte superior del Sistema de Noé está cubierta por materiales de llanuras estriadas y con menos cráteres que se interpretan como vastos basaltos de inundación similares en composición a los mares lunares . Estas llanuras estriadas forman la base del Sistema Hesperian más joven (en la foto de la derecha). El límite estratigráfico inferior del Sistema de Noé no está definido formalmente. El sistema fue concebido originalmente para abarcar unidades rocosas que se remontan a la formación de la corteza terrestre hace 4.500 millones de años. [25] Sin embargo, el trabajo de Herbert Frey y sus colegas en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA utilizando datos del Altímetro Láser Orbital de Marte (MOLA) indica que las tierras altas del sur de Marte contienen numerosas cuencas de impacto enterradas (llamadas depresiones cuasicirculares o QCD) que son más antiguas. que las superficies visibles de la época de Noé y que son anteriores al impacto de Hellas. Sugiere que el impacto de Hellas debería marcar la base del Sistema de Noé. Si Frey está en lo cierto, entonces gran parte del lecho de roca de las tierras altas marcianas tiene una edad anterior a Noé y se remonta a hace más de 4.100 millones de años. [40]
El Sistema de Noé se subdivide en tres series cronoestratigráficas : Noé Inferior, Noé Medio y Noé Superior. Las series se basan en referentes o ubicaciones del planeta donde las unidades de superficie indican un episodio geológico distintivo, reconocible en el tiempo por la edad de los cráteres y la posición estratigráfica. Por ejemplo, el referente del Alto Noé es un área de suaves llanuras entre cráteres al este de la cuenca de Argyre . Las llanuras se superponen (son más jóvenes que) el terreno más accidentado y lleno de cráteres del Noé Medio y subyacen (son más antiguas que) las llanuras estriadas y menos llenas de cráteres de la Serie Hesperiana Inferior. [2] [41] Las unidades de tiempo geológico (geocronológicas) correspondientes de las tres series de Noé son las épocas de Noé Temprano, Noé Medio y Noé Tardío . Tenga en cuenta que una época es una subdivisión de un período; Los dos términos no son sinónimos en la estratigrafía formal.
Los términos estratigráficos suelen resultar confusos tanto para los geólogos como para los no geólogos. Una forma de solucionar la dificultad es mediante el siguiente ejemplo: puedes ir fácilmente a Cincinnati, Ohio, y visitar un afloramiento rocoso en la Serie del Ordovícico Superior del Sistema Ordovícico. Incluso puedes recolectar un trilobite fósil allí. Sin embargo, no se puede visitar la Época del Ordovícico Tardío en el Período Ordovícico y recolectar un trilobite real.
El esquema de nomenclatura estratigráfica formal basado en la Tierra se ha aplicado con éxito a Marte durante varias décadas, pero tiene numerosos defectos. Sin duda, el esquema se perfeccionará o reemplazará a medida que se disponga de más y mejores datos. [42] (Ver la línea de tiempo mineralógica a continuación como ejemplo de alternativa). La obtención de edades radiométricas en muestras de unidades de superficie identificadas es claramente necesaria para una comprensión más completa de la historia y cronología marciana. [43]
El Período de Noé se distingue de períodos posteriores por altas tasas de impactos, erosión, formación de valles, actividad volcánica y erosión de las rocas superficiales para producir abundantes filosilicatos ( minerales arcillosos ). Estos procesos implican un clima global más húmedo con al menos condiciones cálidas episódicas. [3]
El registro de cráteres lunares sugiere que la tasa de impactos en el Sistema Solar Interior hace 4.000 millones de años era 500 veces mayor que la actual. [44] Durante el período de Noé, se formó en Marte aproximadamente un cráter de 100 km de diámetro cada millón de años, [3] con una tasa de impactos más pequeños exponencialmente mayor. [a] Tasas de impacto tan altas habrían fracturado la corteza a profundidades de varios kilómetros [46] y habrían dejado gruesos depósitos de eyección en toda la superficie del planeta. Grandes impactos habrían afectado profundamente el clima al liberar enormes cantidades de eyecciones calientes que calentaron la atmósfera y la superficie a altas temperaturas. [47] Las altas tasas de impacto probablemente desempeñaron un papel en la eliminación de gran parte de la atmósfera primitiva de Marte a través de la erosión por impacto. [48]
Por analogía con la Luna, los impactos frecuentes produjeron una zona de lecho de roca fracturada y brechas en la corteza superior llamada megaregolito . [50] La alta porosidad y permeabilidad del megaregolito permitió la infiltración profunda de agua subterránea . El calor generado por el impacto que reaccionaba con el agua subterránea produjo sistemas hidrotermales de larga duración que podrían haber sido explotados por microorganismos termófilos , si existieran. [51] Los modelos informáticos de transporte de calor y fluidos en la antigua corteza marciana sugieren que la vida útil de un sistema hidrotermal generado por un impacto podría ser de cientos de miles a millones de años después del impacto. [52]
La mayoría de los grandes cráteres de Noé tienen una apariencia desgastada, con bordes muy erosionados e interiores llenos de sedimentos. El estado degradado de los cráteres de Noé, en comparación con la apariencia casi prístina de los cráteres de Hesperio sólo unos cientos de millones de años más jóvenes, indica que las tasas de erosión fueron más altas (aproximadamente entre 1.000 y 100.000 veces [53] ) en Noé que en períodos posteriores. [3] La presencia de terreno parcialmente erosionado (grabado) en las tierras altas del sur indica que hasta 1 km de material fue erosionado durante el Período de Noé. Se cree que estas altas tasas de erosión, aunque aún inferiores a las tasas terrestres promedio, reflejan condiciones ambientales más húmedas y quizás más cálidas. [54]
Las altas tasas de erosión durante el Noé pueden haberse debido a la precipitación y la escorrentía superficial . [8] [55] Muchos (pero no todos) terrenos de la edad de Noé en Marte están densamente disecados por redes de valles . [3] Las redes de valles son sistemas ramificados de valles que superficialmente se asemejan a cuencas de drenaje de ríos terrestres . Aunque todavía se debate su origen principal (erosión pluvial, debilitamiento de las aguas subterráneas o derretimiento de la nieve), las redes de valles son raras en períodos marcianos posteriores, lo que indica condiciones climáticas únicas en la época de Noé.
Se han identificado al menos dos fases separadas de formación de la red de valles en las tierras altas del sur. Los valles que se formaron entre principios y mediados del Noé muestran un patrón denso y bien integrado de afluentes que se asemejan mucho a los patrones de drenaje formados por las precipitaciones en las regiones desérticas de la Tierra. Los valles más jóvenes, desde finales de Noé hasta principios de Hesperio, suelen tener sólo unos pocos afluentes rechonchos con regiones interfluviales (áreas de tierras altas entre afluentes) que son amplias y no disecadas. Estas características sugieren que los valles más jóvenes se formaron principalmente por minado de aguas subterráneas . Si esta tendencia de cambiar las morfologías de los valles con el tiempo es real, indicaría un cambio en el clima de un Marte relativamente húmedo y cálido, donde ocasionalmente era posible llover, a un mundo más frío y árido donde las precipitaciones eran raras o ausentes. [56]
El agua que drenaba a través de las redes de valles se acumulaba en los interiores bajos de los cráteres y en los huecos regionales entre los cráteres para formar grandes lagos. Se han identificado más de 200 lechos de lagos de Noé en las tierras altas del sur, algunos tan grandes como el lago Baikal o el mar Caspio en la Tierra. [57] Muchos cráteres de Noé muestran canales que entran por un lado y salen por el otro. Esto indica que tenían que haber grandes lagos dentro del cráter, al menos temporalmente, para que el agua alcanzara un nivel lo suficientemente alto como para atravesar el borde opuesto del cráter. Los deltas o abanicos suelen estar presentes donde un valle ingresa al fondo del cráter. Ejemplos particularmente llamativos se encuentran en el cráter Eberswalde , el cráter Holden y en la región de Nili Fossae ( cráter Jezero ). Otros cráteres grandes (por ejemplo, el cráter Gale ) muestran depósitos interiores o montículos finamente estratificados que probablemente se formaron a partir de sedimentos depositados en el fondo de los lagos. [3]
Gran parte del hemisferio norte de Marte se encuentra unos 5 km más bajo que las tierras altas del sur. [58] Esta dicotomía ha existido desde el período anterior a Noé. [59] Se esperaría que el agua que drena desde las tierras altas del sur durante el Noé se estanque en el hemisferio norte, formando un océano (Oceanus Borealis [60] ). Desafortunadamente, la existencia y naturaleza del océano de Noé sigue siendo incierta porque la actividad geológica posterior ha borrado gran parte de la evidencia geomórfica . [3] Se han identificado rastros de varias posibles costas de las edades de Noé y Hesperio a lo largo del límite de dicotomía, [61] [62] pero esta evidencia ha sido cuestionada. [63] [64] Las paleocostas mapeadas dentro de Hellas Planitia , junto con otra evidencia geomórfica, sugieren que grandes lagos cubiertos de hielo o un mar cubrieron el interior de la cuenca de Hellas durante el período de Noé. [65] En 2010, los investigadores utilizaron la distribución global de deltas y redes de valles para defender la existencia de una costa de Noé en el hemisferio norte. [12] A pesar de la escasez de evidencia geomórfica, si el Marte de Noé tuviera un gran inventario de agua y condiciones cálidas, como lo sugieren otras líneas de evidencia, entonces es casi seguro que se habrían acumulado grandes masas de agua en mínimos regionales como la cuenca de las tierras bajas del norte. y Hellas. [3]
El período de Noé también fue una época de intensa actividad volcánica, la mayor parte de ella centrada en la región de Tharsis . [3] Se cree que la mayor parte del bulto de Tharsis se acumuló al final del período de Noé. [66] El crecimiento de Tharsis probablemente jugó un papel importante en la producción de la atmósfera del planeta y la erosión de las rocas en la superficie. Según una estimación, el bulbo de Tharsis contiene alrededor de 300 millones de km 3 de material ígneo. Suponiendo que el magma que formó Tharsis contenía dióxido de carbono (CO 2 ) y vapor de agua en porcentajes comparables a los observados en la lava basáltica hawaiana , entonces la cantidad total de gases liberados por los magmas de Tharsis podría haber producido una atmósfera de 1,5 bares de CO 2 y una atmósfera global. capa de agua de 120 m de profundidad. [3]
También se produjo un extenso vulcanismo en las tierras altas llenas de cráteres fuera de la región de Tharsis, pero queda poca evidencia geomorfológica porque las superficies han sido intensamente remodeladas por el impacto. [3] La evidencia espectral desde la órbita indica que las rocas de las tierras altas son principalmente de composición basáltica y consisten en minerales piroxeno , feldespato plagioclasa y olivino . [67] Las rocas examinadas en las colinas de Columbia por el Mars Exploration Rover (MER) Spirit pueden ser típicas de las rocas de las tierras altas de la edad de Noé en todo el planeta. [68] Las rocas son principalmente basaltos degradados con una variedad de texturas que indican fracturas y brechas severas por impacto y alteración por fluidos hidrotermales. Algunas de las rocas de Columbia Hills pueden haberse formado a partir de flujos piroclásticos . [3]
La abundancia de olivino en las rocas de la edad de Noé es significativa porque el olivino se transforma rápidamente en minerales arcillosos ( filosilicatos ) cuando se expone al agua. Por lo tanto, la presencia de olivino sugiere que la erosión hídrica prolongada no ocurrió globalmente en el Marte primitivo. Sin embargo, los estudios espectrales y estratigráficos de los afloramientos de Noé desde la órbita indican que el olivino está restringido principalmente a rocas de la Serie de Noé Superior (Tardía). [3] En muchas áreas del planeta (sobre todo Nili Fossae y Mawrth Vallis ), la erosión o los impactos posteriores han expuesto unidades más antiguas del Pre-Noé y del Bajo Noé que son ricas en filosilicatos. [69] [70] Los filosilicatos requieren un ambiente alcalino rico en agua para formarse. En 2006, los investigadores que utilizaron el instrumento OMEGA en la nave espacial Mars Express propusieron una nueva era marciana llamada Filociana, correspondiente al Pre-Noé/Noé temprano en la que el agua superficial y la erosión acuosa eran comunes. También se propusieron dos eras posteriores, la Theiikian y la Siderikian. [13] La era filociana se correlaciona con la edad de formación temprana de la red de valles en Marte. Se cree que los depósitos de esta era son los mejores candidatos para buscar evidencia de vida pasada en el planeta.
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