El color de la superficie del planeta Marte parece rojizo desde la distancia debido al polvo atmosférico oxidado . [1] Desde cerca, parece más bien caramelo , [1] y otros colores de superficie comunes incluyen dorado, marrón, tostado y verdoso, dependiendo de los minerales. [1]
El color aparente de la superficie marciana permitió a los humanos distinguirlo de otros planetas en los comienzos de la historia humana y los motivó a tejer fábulas de guerra asociadas con Marte. Uno de sus primeros nombres registrados, Har decher , significaba literalmente "Rojo" en egipcio . [2] Su color también puede haber contribuido a una asociación maligna en la astrología india , ya que se le dieron los nombres de Angaraka y Lohitanga , ambos reflejando el color rojo distintivo de Marte tal como se ve a simple vista. [2]
Las observaciones modernas indican que el enrojecimiento de Marte es superficial. La superficie marciana se ve rojiza principalmente debido a una capa de polvo omnipresente (las partículas tienen típicamente entre 3 μm y 45 μm de ancho [3] [4] ) que normalmente tiene un espesor del orden de milímetros. Incluso donde se encuentran los depósitos más gruesos de este polvo rojizo, como en el área de Tharsis, la capa de polvo probablemente no tiene más de 2 metros (6,6 pies) de espesor. [5] Por lo tanto, el polvo rojizo es esencialmente una capa extremadamente delgada en la superficie marciana y no representa la mayor parte del subsuelo marciano de ninguna manera.
El polvo marciano es rojizo debido principalmente a las propiedades espectrales de los óxidos férricos nanofásicos (npOx) que tienden a dominar en el espectro visible. Los minerales npOx específicos no han sido completamente restringidos, pero la hematita roja nanocristalina (α-Fe 2 O 3 ) puede ser la dominante volumétricamente, [6] al menos a la profundidad de muestreo de menos de 100 μm [7] de los sensores remotos infrarrojos como el instrumento OMEGA de Mars Express. El resto del hierro en el polvo, quizás hasta el 50% de la masa, puede estar en magnetita enriquecida con titanio (Fe 3 O 4 ). [8] La magnetita suele ser de color negro con una veta negra, [9] y no contribuye al tono rojizo del polvo.
La fracción de masa de cloro y azufre en el polvo es mayor que la que se ha encontrado (por los rovers de exploración de Marte Spirit y Opportunity ) en los tipos de suelo en el cráter Gusev y Meridiani Planum . El azufre en el polvo también muestra una correlación positiva con npOx. [10] Esto sugiere que una alteración química muy limitada por películas delgadas de salmuera (facilitada por la formación de escarcha a partir del H 2 O atmosférico) puede estar produciendo algo de npOx. [10] Además, las observaciones de teledetección del polvo atmosférico (que muestra ligeras diferencias de composición y tamaño de grano con respecto al polvo de la superficie), indican que el volumen a granel de los granos de polvo consiste en feldespato plagioclasa y zeolita , junto con componentes menores de piroxeno y olivino . [11] Este material fino se puede generar fácilmente a través de la erosión mecánica de basaltos ricos en feldespato , como las rocas de las tierras altas del sur de Marte. [11] En conjunto, estas observaciones indican que cualquier alteración química del polvo por actividad acuosa ha sido muy menor.
Existen varios procesos que pueden generar npOx como producto de oxidación sin la participación del oxígeno libre (O 2 ). Uno o más de esos procesos pueden haber dominado en Marte, ya que el modelado atmosférico a escalas de tiempo geológicas indica que el O 2 libre (generado principalmente a través de la fotodisociación del agua (H 2 O)) [12] puede haber sido siempre un componente traza con una presión parcial que no exceda los 0,1 micropascal (μPa). [13]
Un proceso independiente del oxígeno (O 2 ) implica una reacción química directa del hierro ferroso (Fe 2+ ) (comúnmente presente en minerales ígneos típicos) o hierro metálico (Fe) con agua (H 2 O) para producir hierro férrico (Fe 3+ (aq)), que típicamente conduce a hidróxidos como goethita (FeO•OH) [12] en condiciones experimentales. [14] Si bien esta reacción con agua (H 2 O) es desfavorable termodinámicamente, puede sostenerse de todos modos, por la rápida pérdida del subproducto hidrógeno molecular (H 2 ). [13] La reacción puede facilitarse aún más mediante dióxido de carbono disuelto (CO 2 ) y dióxido de azufre (SO 2 ), que reducen el pH de las películas de salmuera aumentando la concentración de iones de hidrógeno más oxidativos (H + ). [14]
Sin embargo, normalmente se necesitan temperaturas más altas (aproximadamente 300 °C) para descomponer los (oxi)hidróxidos de Fe3 +, como la goethita, en hematita. La formación de tefra palagonítica en las laderas superiores del volcán Mauna Kea puede reflejar estos procesos, lo que es coherente con las intrigantes similitudes espectrales y magnéticas entre la tefra palagonítica y el polvo marciano. [15] A pesar de la necesidad de estas condiciones cinéticas, las condiciones prolongadas de aridez y bajo pH en Marte (como las películas de salmuera diurnas) pueden conducir a la transformación final de la goethita en hematita dada la estabilidad termodinámica de esta última. [14]
El Fe y el Fe2 + también pueden oxidarse por la actividad del peróxido de hidrógeno (H2O2 ) . Aunque la abundancia de H2O2 en la atmósfera marciana es muy baja, [ 13 ] es temporalmente persistente y un oxidante mucho más fuerte que el H2O . La oxidación impulsada por H2O2 a Fe3 + ( generalmente como minerales hidratados ) se ha observado experimentalmente. [14] Además, la omnipresencia de la firma espectral de α-Fe2O3 , pero no de los minerales de Fe3 + hidratados, refuerza la posibilidad de que el npOx pueda formarse incluso sin los intermediarios termodinámicamente desfavorecidos como la goethita. [6]
También hay evidencia de que la hematita podría formarse a partir de magnetita en el curso de procesos de erosión. Experimentos en el Laboratorio de Simulación de Marte de la Universidad de Aarhus en Dinamarca muestran que cuando una mezcla de polvo de magnetita, arena de cuarzo y partículas de polvo de cuarzo se agita en un matraz, parte de la magnetita se convierte en hematita, coloreando la muestra de rojo. La explicación propuesta para este efecto es que cuando el cuarzo se fractura por el molido, ciertos enlaces químicos se rompen en las superficies recién expuestas; cuando estas superficies entran en contacto con la magnetita, los átomos de oxígeno pueden transferirse de la superficie del cuarzo a la magnetita, formando hematita. [16]
Las imágenes in situ de color aproximadamente verdadero obtenidas por las misiones Mars Pathfinder y Mars Exploration Rover indican que el cielo marciano también puede parecer rojizo para los humanos. La absorción de la luz solar en el rango de 0,4-0,6 μm por las partículas de polvo puede ser la razón principal del enrojecimiento del cielo. [17] Una contribución adicional puede provenir del predominio de la dispersión de fotones por partículas de polvo en longitudes de onda del orden de 3 μm, [4] que se encuentra en el rango del infrarrojo cercano, sobre la dispersión de Rayleigh por moléculas de gas. [18]
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