El suelo marciano es el fino regolito (un manto de depósitos superficiales heterogéneos, sueltos y no consolidados que cubren roca sólida) que se encuentra en la superficie de Marte . Sus propiedades pueden diferir significativamente de las del suelo terrestre , incluida su toxicidad por la presencia de percloratos . El término suelo marciano suele referirse a la fracción más fina del regolito. Hasta ahora, no se han devuelto muestras a la Tierra, 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 .
En la Tierra, el término "suelo" suele incluir contenido orgánico . [1] Por el contrario, 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 y mayores (por ejemplo, fragmentos, brechas y afloramientos expuestos) con alta inercia térmica, con fracciones de área consistentes con los datos del Viking Thermal Mapper (IRTM) e inmóviles bajo las corrientes eólicas ( viento) condiciones . [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 un acuerdo entre los métodos de detección remota marcianos que abarcan el espectro electromagnético desde gamma hasta ondas de radio . "Suelo" se refiere a todos los demás materiales, generalmente no consolidados, incluidos aquellos de grano suficientemente fino para ser movilizados por el viento. [2] En consecuencia, el suelo abarca una variedad de componentes de regolito identificados en los lugares de aterrizaje. Los 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 propuesta recientemente de suelo en cuerpos terrestres (incluidos asteroides y satélites ) como una capa superficial no consolidada y erosionada químicamente de material mineral u orgánico de grano fino que excede el espesor de la escala de centímetros, con o sin elementos gruesos y porciones cementadas. [1]
El polvo marciano generalmente connota materiales aún más finos que el suelo marciano, 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" ha sido comúnmente adoptada en la comunidad científica planetaria, pero una definición más compleja describe el suelo como "material (bio)geoquímica y físicamente alterado 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 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 Sojourner en Marte , 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%, 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:
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 propias plantas terminarían conteniendo una alta concentración de percloratos como resultado. . [5] Existe evidencia de que algunas formas de vida bacterianas pueden superar los percloratos [6] [7] mediante adaptaciones fisiológicas al aumento de las concentraciones de perclorato, [8] y algunas incluso viven de ellos. [9] Sin embargo, el efecto añadido de los altos niveles de rayos 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. [10]
La NASA reconoce desde hace tiempo el peligro potencial para la salud humana del fino polvo marciano . 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 que 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). . [11]
A raíz de esto, desde 2005 el Grupo de Análisis del Programa de Exploración de Marte (MEPAG) de la NASA tiene como objetivo determinar los posibles efectos tóxicos del polvo en los seres humanos. En 2010, el grupo observó que, aunque el módulo de aterrizaje Phoenix y los vehículos exploradores Spirit y Opportunity habían contribuido a responder esta pregunta, ninguno de los instrumentos había sido adecuado para medir los carcinógenos concretos que suscitaban preocupación. [12] 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 potencialmente podrían ser recuperadas en una misión futura para su transporte a la Tierra. Cualquier pregunta sobre la toxicidad del polvo que aún no haya sido respondida in situ podrá ser resuelta en laboratorios en la Tierra.
Marte está cubierto de vastas extensiones de arena y polvo y su superficie está llena de rocas y cantos rodados. Ocasionalmente, el polvo se acumula en vastas tormentas de polvo que abarcan todo el planeta . El polvo de Marte es muy fino y queda suficiente cantidad suspendida en la atmósfera para darle al cielo un tono rojizo. El tono rojizo se debe a la oxidación de minerales de hierro que presumiblemente se formaron hace unos 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 minerales expuestos a los rayos ultravioleta de la luz solar. . [19] 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 barrancos y valles fluviales pudo haber dado forma al regolito marciano. Los investigadores de Marte están estudiando si la extracción de agua subterránea está dando forma al regolito marciano en la época actual, y si los hidratos de dióxido de carbono existen en Marte y desempeñan un papel.
Se cree que grandes cantidades de hielo de agua y dióxido de carbono [21] permanecen congeladas 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. [22] [23] Se ha interpretado que la presencia de olivino , que es un mineral primario fácilmente meteorizable, significa que actualmente dominan en Marte los procesos de meteorización física, más que química . [24] 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 arrojó 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. [25] Sin embargo, en agosto de 2008, el Phoenix Lander llevó a cabo 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 planeta marciano La superficie era considerablemente básica , midiendo 8,3. La presencia de perclorato hace que el suelo marciano sea más exótico de lo que se creía anteriormente (consulte la sección Toxicidad). [26] 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 pensó que podrían haber migrado desde la nave espacial hacia las muestras o la instrumentación. [27] Sin embargo, cada nuevo módulo de aterrizaje ha confirmado su presencia en el suelo localmente y el orbitador Mars Odyssey confirmó que están distribuidos globalmente por toda la superficie del planeta. [4]
En 1999, el rover Mars Pathfinder realizó una medición electrostática indirecta del regolito marciano. El experimento de abrasión de ruedas (WAE) se diseñó con quince muestras de metal y películas aislantes montadas en la rueda para reflejar la luz solar hacia un sensor fotovoltaico. Las cámaras del módulo de aterrizaje mostraron polvo acumulándose en las ruedas a medida que el rover se movía y el WAE detectó una caída en la cantidad de luz que llegaba al sensor. Se cree que el polvo puede haber adquirido una carga electrostática cuando las ruedas rodaron por la superficie, lo que provocó que el polvo se adhiriera a la superficie de la película. [28]
Si bien la comprensión científica de los suelos marcianos es extremadamente rudimentaria, su diversidad puede plantear la cuestión de cómo podríamos compararlos con nuestros suelos terrestres. La aplicación de un sistema basado en la Tierra es en gran medida discutible, pero una opción simple es distinguir la Tierra (en gran medida) biótica del Sistema Solar abiótico e incluir todos los suelos no terrestres en una nueva Base de Referencia Mundial para el Grupo de Referencia de Recursos del Suelo o taxonomía de suelos del USDA. Orden, que provisionalmente podrían llamarse Astrosoles. [29]
El 17 de octubre de 2012 ( curiosity rover 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 en la muestra era similar a los " suelos basálticos erosionados " de los volcanes hawaianos . [20] Los investigadores han utilizado ceniza volcánica hawaiana como simulante de regolito marciano desde 1998. [30]
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 . [17] [18] [31] Sin embargo, no se puede descartar la contaminación terrestre , como fuente de 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 . [32] [33] [34] [35] [36] [37] 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 . [34] [36] [38] El tipo máfico, similar a otros suelos marcianos y polvo marciano , se asoció con la hidratación de las fases amorfas del suelo. [38] 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 estos sales". [37] 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. [39]
El 11 de abril de 2019, la NASA anunció que el rover Curiosity en Marte perforó y estudió de cerca una " unidad portadora de arcilla " que, según el director del proyecto del rover, es un "hito importante" en el viaje del Curiosity al monte . Afilado . [40]
Los humanos necesitarán recursos in situ para colonizar Marte. Esto exige una comprensión del sedimento a granel no consolidado local, pero la clasificación de dicho sedimento sigue siendo un trabajo en progreso. Se sabe muy poco de toda la superficie marciana para dibujar una imagen suficientemente representativa. Mientras tanto, es correcto utilizar mejor el término suelo para indicar sedimentos no consolidados de Marte. [41]
Polvo de tamaño similar se depositará en la delgada atmósfera marciana antes que en la Tierra. Por ejemplo, el polvo suspendido por las tormentas de polvo globales de 2001 en Marte sólo permaneció en la atmósfera marciana durante 0,6 años, mientras que el polvo del Monte Pinatubo tardó unos dos años en asentarse. [42] Sin embargo, en 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 sólo el equivalente a una capa de polvo muy delgada: alrededor de 3 µm de espesor si se depositaba con un espesor uniforme entre los 58° al norte y al sur del ecuador. [42] La deposición de polvo en los dos sitios del rover se ha producido a un ritmo de aproximadamente el espesor de un grano cada 100 soles . [43]
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 deja la suspensión atmosférica generalmente se agrega en partículas más grandes mediante la acción de la humedad del suelo o queda suspendido 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, lo que deja el polvo depositado disponible para ser suspendido nuevamente en la atmósfera marciana. [44] De hecho, la composición del polvo atmosférico marciano, muy similar al polvo de la superficie , observada por el espectrómetro de emisión térmica Mars Global Surveyor , puede estar dominada volumétricamente por compuestos de feldespato plagioclasa y zeolita [45] 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 está oxidado al máximo ( Fe 3+ ) y que casi la mitad existe en titanomagnetita, [46] ambos consistentes con la derivación mecánica del polvo con agua. alteración limitada a finas películas de agua. [47] En conjunto, estas observaciones respaldan la ausencia de procesos de agregación de polvo impulsados por el 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 tales como granos más grandes que disgregan partículas finas mediante colisiones. [48]
Las partículas de polvo atmosférico marciano tienen generalmente 3 µm de diámetro. [49] Es importante señalar que si bien la atmósfera de Marte es más delgada, Marte también tiene una menor aceleración gravitacional, por lo que el tamaño de las partículas que permanecerán en suspensión no se puede estimar únicamente con el espesor atmosférico. Las fuerzas electrostáticas y de Van der Waals que actúan entre partículas finas introducen complejidades adicionales en los cálculos. Un modelo 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 partículas de hasta 20 µm de diámetro pueden entrar en suspensión desde el reposo ante una turbulencia del viento en la superficie tan baja como 2 ms −1 o permanecer en suspensión. a 0,8 ms −1 . [43]
En julio de 2018, los investigadores informaron que la mayor fuente de polvo en el planeta Marte proviene de la Formación Medusae Fossae . [50]
Actualmente, la investigación en la Tierra se limita al uso de simulantes del suelo marciano , como el simulante MGS-1 producido por Exolith Lab, [52] que se basan en los 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 investigaciones, experimentos y pruebas de prototipos de actividades relacionadas con el suelo marciano, como la mitigación de polvo de equipos de transporte, sistemas avanzados de soporte vital y utilización de recursos in situ .
Se están planificando varias misiones de retorno de muestras a Marte , que permitirían devolver suelo marciano real a la Tierra para realizar análisis más avanzados que los posibles in situ en la superficie de Marte . Esto debería permitir simulaciones aún más precisas. 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 largo período. Luego, un segundo módulo de aterrizaje recogerá las muestras y las devolverá a la Tierra.
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