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Lagos subglaciales en Marte

El cuadrado indica resultados codificados por colores superpuestos a la ubicación del lago subglacial informado a 193°E, 81°S. [1] El azul representa el área con el reflejo de radar más brillante.

Se ha deducido de forma controvertida, a partir de mediciones de radar, que existen lagos subglaciales salados debajo de los depósitos estratificados polares del sur (SPLD) en los Ultimi Scopuli del manto glaciar del sur de Marte . [1] [2] [3] La idea de los lagos subglaciales debido al derretimiento basal en los mantos glaciares polares de Marte se planteó por primera vez en la década de 1980. [4] [5] [6] Para que el agua líquida persista debajo del SPLD, los investigadores proponen que el perclorato se disuelve en el agua, lo que reduce la temperatura de congelación , [1] [2] pero se han ofrecido otras explicaciones como el hielo salino o los minerales hidratados. Los desafíos para explicar las condiciones suficientemente cálidas para que exista agua líquida debajo del manto glaciar del sur incluyen bajas cantidades de calentamiento geotérmico del subsuelo y la presión suprayacente del hielo. [7] Como resultado, se discute si las detecciones de radar de reflectores brillantes fueron causadas por otros materiales como el hielo salino [8] o depósitos de minerales como las arcillas . [8] [9] Si bien los lagos con concentraciones de sal 20 veces mayores que las del océano plantean desafíos para la vida, [10] los posibles lagos subglaciales en Marte son de gran interés para la astrobiología porque se han encontrado ecosistemas microbianos en lagos subglaciales profundos en la Tierra, como en el lago Whillans en la Antártida por debajo de los 800 m de hielo. [11] [12] [13] [14] [15]

Características

El lago subglacial propuesto en la base de los depósitos estratificados del polo sur de Marte tiene una reflexión de radar más fuerte que el hielo o la roca. Los análisis se basan en perfiles de radar (como el del panel central) tomados por el radar avanzado de Marte para el sondeo del subsuelo y la ionosfera (MARSIS) y se interpretó inicialmente como un lago subglacial. [1]

Un estudio de 2018 informó por primera vez de observaciones de radar de un posible lago subglacial de 20 km de ancho centrado en 193°E, 81°S en la base del SPLD [1] utilizando datos del instrumento Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding ( MARSIS ) en la nave espacial Mars Express de la Agencia Espacial Europea . El equipo notó ecos de radar más fuertes que los que el hielo o la roca reflejarían provenientes de 1,5 km debajo de la superficie en la base del SPLD. [16] Interpretaron los brillantes reflejos del radar para indicar una alta permitividad (la capacidad de un material de polarizarse y almacenar energía en respuesta a un campo eléctrico), consistente con agua líquida. [3] También se propusieron tres lagos subglaciales adicionales en la escala de km de ancho junto al lago original a partir de un estudio más detallado, [10] [17] aunque el estudio también indica la posibilidad de que las tres ubicaciones podrían contener sedimentos húmedos en lugar de lagos. [2] [18]

Aunque el SHAllow RADar ( SHARAD ) en el Mars Reconnaissance Orbiter opera a frecuencias más altas, debería ser detectable un lago subglacial, pero no hay reflectores de radar brillantes. [19] Sin embargo, con el descubrimiento de muchas ocurrencias generalizadas de las características del radar en el área SPLD, [20] la corroboración entre los dos instrumentos podría volverse posible. [21]

Límites físicos

Calefacción geotérmica y perclorato

La evidencia del radar puede ser difícil de entender debido a los efectos de dispersión de las capas en el SPLD en las reflexiones del radar (según una carta electrónica de Hecht et al. en respuesta a la publicación original [1] junto con otras fuentes [22] ). Como resultado, el trabajo adicional se ha centrado en explicar cómo la temperatura de congelación en la base del SPLD podría reducirse debido a una combinación de sal de perclorato y un flujo geotérmico regional mejorado. Después de la detección de perclorato en las llanuras del norte de Marte por el módulo de aterrizaje Phoenix , [23] se predijo que el perclorato podría permitir que exista una salmuera de 1 a 3 metros de profundidad en la base de la capa de hielo del norte de Marte. [24] El perclorato es una sal que ahora se considera generalizada en Marte [25] y se sabe que reduce el punto de congelación del agua. Los estudios que apoyan la hipótesis del lago subglacial propusieron que el perclorato de magnesio y calcio en la base del SPLD reduciría el punto de congelación del agua a temperaturas tan bajas como 204 y 198 K, lo que permitiría la existencia de agua líquida salobre. [1] [2] Sin embargo, incluso teniendo en cuenta el perclorato, las simulaciones por computadora predicen que la temperatura todavía será demasiado fría para que exista agua líquida en el fondo de la capa de hielo del sur. Esto se debe a una pequeña cantidad de fusión por presión (la gravedad de Marte es aproximadamente un tercio de la de la Tierra) que solo reduciría el punto de fusión en 0,3-0,5 K y un flujo de calor geotérmico bajo estimado de 14-30 mW/m 2 . [7] Un flujo de calor geotérmico mayor de 72 mW/m 2 sustentaría el lago subglacial, lo que requeriría un aumento local en el flujo de calor, tal vez originado por magmatismo geológicamente reciente (dentro de cientos de miles de años atrás) en el subsuelo. [7] De manera similar, otro estudio basado en la topografía de la superficie y el espesor del hielo encontró que la detección por radar no coincidía con sus predicciones de ubicaciones de lagos subglaciales basadas en el potencial hidrológico y, como resultado, propusieron que la detección se debía a un parche localizado de fusión basal en lugar de un lago. [26]

Se propone que la salmuera líquida sea plausible en el SPLD porque las soluciones de perclorato de magnesio y calcio se pueden sobreenfriar hasta 150 K [2] [27] y la temperatura de la superficie en el polo sur es de aproximadamente 160 K. [1] [2] Además, se espera que la temperatura en profundidad del hielo aumente a una tasa basada en el flujo geotérmico indeterminado y las propiedades térmicas del SPLD. [2] Sin embargo, un estudio encontró que los reflectores de radar brillantes estaban extendidos por todo el SPLD, en lugar de limitarse a las áreas previamente identificadas de los supuestos lagos subglaciales. [20] Dado que las detecciones de radar brillantes cubrieron una amplia variedad de condiciones en el SPLD (por ejemplo, diferentes temperaturas, espesores de hielo), esto presenta desafíos para que todos los reflectores de radar brillantes sean indicativos de agua líquida. [20]

Características de la superficie

Otros enfoques para determinar la plausibilidad de los lagos subglaciales incluyeron un estudio que buscaba características superficiales inducidas por dichos lagos. [28] En la Tierra, los ejemplos de características superficiales causadas por un lago subglacial incluyen fracturas o características de cresta como en el glaciar Pine Island en la Antártida. [29] Si bien un estudio en Marte solo encontró características superficiales que coinciden con los procesos relacionados con el CO2 y el viento y ninguna correspondiente a los supuestos lagos subglaciales, la falta de características superficiales tampoco descarta la posibilidad del lago subglacial. [30] Esto se debe a que, si bien se espera que la superficie del SPLD tenga al menos miles de años y posiblemente millones de años, es difícil limitar cuándo el supuesto lago subglacial habría modificado las características de la superficie. [28]

Hipótesis alternativas

Las tres hipótesis principales para explicar los brillantes reflejos del radar basal debajo de los depósitos estratificados del polo sur incluyen salmueras líquidas, hielo salino y depósitos conductores como las esmectitas. [21] No se incluye en esta imagen trabajo adicional sobre fuentes ígneas. [31] (Crédito de la imagen: corresponde a la Figura 2 de Schroeder & Steinbrugge 2021 obtenida con permiso de D. Shroeder utilizando la licencia de derechos de autor Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0).

En contraste con la hipótesis de agua subglacial en la base del SPLD, otras sugerencias incluyen materiales como hielo salino, [8] un depósito mineral conductor como arcillas, [8] [9] y materiales ígneos. [31] Es necesario realizar más trabajos para resolver cómo se sostienen estas hipótesis alternativas en condiciones similares a las de Marte utilizando instrumentos como MARSIS.

Hielo salino

Si bien el estudio inicial asumió una conductividad insignificante en su cálculo de los valores de permitividad, [1] al tener en cuenta la conductividad, también se pueden considerar materiales conductores que no sean agua líquida. [21] En lugar de suponer que las reflexiones brillantes del radar en la base de la capa de hielo se deben a un gran contraste en la permitividad dieléctrica, [1] otro estudio sugirió que la reflexión brillante se debe a un gran contraste en la conductividad eléctrica de los materiales. [8] El hielo salino, observado en la Tierra debajo del glaciar Taylor en la Antártida, [32] es una fuente potencial de las reflexiones basales brillantes, aunque se desconoce la conductividad eléctrica del hielo salino a temperaturas marcianas. [8]

Minerales hidratados

La explicación mineralógica es la más favorecida en los estudios de seguimiento, especialmente con minerales hidratados específicos como la jarosita (un sulfato) [8] y la esmectita (un mineral arcilloso). [33] Las esmectitas tienen una permitividad dieléctrica lo suficientemente alta como para explicar los reflejos brillantes (aunque a temperaturas de laboratorio de 230 K más altas que las condiciones esperadas en Marte), y existen en los bordes del SPLD. [9] En última instancia, aunque los estudios proponen estas nuevas hipótesis, no rechazan por completo la posibilidad de que el agua líquida sea la fuente de los brillantes retornos del radar. [8] [9] [20]

Materiales ígneos

Otro estudio aplicó simulaciones por computadora para buscar qué otras regiones de Marte podrían causar reflectores basales brillantes similares si hubiera una capa de hielo de 1,4 km de espesor cubriendo el material base. [31] Encontraron que entre el 0,3% y el 2% de la superficie de Marte podría producir señales similares, la mayoría de las cuales pertenecen a regiones volcánicas. [31] Si bien la permitividad de los materiales ígneos requiere más investigación, señalaron cómo el contenido ígneo de alta densidad también puede causar los reflectores de radar brillantes observados. [31]

El lago Vostok, en la Antártida, ha estado cubierto de hielo durante los últimos 25 millones de años. Los microbios que se encuentran cerca del fondo del hielo acumulado y en el agua tienen implicaciones interesantes para la astrobiología. (Crédito de la imagen: Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia/NASA).

Sitios análogos terrestres y habitabilidad

Lago Vostok y otros ríos y lagos subglaciales en la Antártida. [16] (Crédito de la imagen: NASA).

Los supuestos lagos subglaciales son de interés por la posibilidad de sustentar vida. [34] Si las condiciones físicas permitieran que existiera una ubicación de agua líquida subglacial en Marte, entonces esto podría extenderse a otras biosferas subterráneas del planeta. [35] En la Tierra, existen lagos subglaciales debajo de cientos de metros de hielo tanto en el Ártico [36] como en la Antártida [15] [37] y actúan como un análogo planetario tanto para los posibles lagos subglaciales en Marte como para los océanos líquidos debajo de las capas heladas de lunas como Europa . [36] Para estudiar la vida en lagos subglaciales en la Tierra, se utiliza la perforación de núcleos de hielo para llegar al agua, pero comúnmente se considera que la contaminación ha comprometido los intentos de tomar muestras del agua tanto del lago Vostok como del lago Ellsworth . [15] Sin embargo, se han tomado muestras de microbios del hielo de acreción (agua del lago congelada) del lago Vostok. [38] Además, el lago Whillans fue un esfuerzo de muestreo exitoso de menos de 800 m de hielo, donde se han identificado más de 4000 especies de microbios quimioautótrofos . [11] [13] [14] [15] Aún se desconoce si microbios similares podrían sobrevivir en los supuestos lagos subglaciales salados de Marte, pero si hay agua líquida presente, podría preservar la vida microbiana inactiva. [22] [34] [39]

Véase también

Referencias

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