Página Espacial. ** Datando la metanogénesis en Marte **

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Datando la metanogénesis en Marte
Alberto González Fairén

La presencia de bajas concentraciones de metano en la atmósfera de Marte indica que existe una fuente continua de aporte, ya que la vida media del CH₄ en la oxidante atmósfera marciana no supera unos pocos centenares de años. Como los volcanes no proporcionan una cantidad de metano apreciable, su origen por procesos abióticos puede ser casi descartado. La excitante alternativa biológica se abre paso sustentada en poderosos argumentos. Pero aún queda por determinar cuándo se formó el metano.

n septiembre de 2003 se planteó por primera vez la posible presencia de metano y de sus productos de oxidación (H₂CO, CH₃OH, C₂H₆) en la atmósfera de Marte. Cuidadosas mediciones realizadas en marzo y en mayo de 2004 con el espectrómetro de la sonda europea Mars Express y desde telescopios ubicados en Hawai, respectivamente, confirmaron la presencia de estos gases. Se determinó que la proporción media observada de metano es de 0,01 partes por millón, si bien es bastante superior en las regiones ecuatoriales que en las polares. Además, se midió su pérdida fotoquímica
(1,8 x 10^-5 cm^-2 s^-1), su pérdida atmosférica (despreciable) y su pérdida por difusión a través del regolito (significativa pero no cuantificada). Con todos estos datos, se deduce que un promedio de 4 gramos de metano son destruidos cada segundo por la acción de la luz solar, y que la vida media del CH₄ en la atmósfera de Marte resulta ser inferior a 500 años. Por lo tanto, su presencia en la atmósfera en cantidades mensurables indica sin lugar a dudas que existe una fuente continua de reposición de metano, que debe producir alrededor de 300 toneladas de CH₄ al año.

Desde su detección, se han propuesto múltiples posibles fuentes de metano. La primera que se descartó fue el origen derivado de impactos cometarios, ya que este proceso sólo provee de un 2,3% del total que se pierde anualmente. También se ha planteado que el origen derive del proceso de serpentinización, una reacción química del agua líquida con el dióxido de carbono catalizada por ciertos minerales de hierro y magnesio, especialmente en los terrenos hidrotermales: el agua calentada por el magma interacciona con rocas volcánicas como el olivino, ricas en hierro y magnesio, proceso que libera H, capaz de reaccionar con el carbono del CO₂ formando CH₄. Esta reacción forma extensos depósitos de serpentina (figura 1). Aunque es cierto que el CO₂ y los minerales de hierro y magnesio son abundantes en Marte, la serpentina no es un mineral característico de la superficie marciana. Además, el proceso parece requerir temperaturas elevadas, en un rango de 70 a 200 ºC, y no está claro si en Marte existen depósitos de agua líquida de magnitud considerable y a la profundidad suficiente como para alcanzar tales temperaturas.

Figura 1: La serpentina es un silicato de magnesio y hierro, de tipo sedimentario y de fórmula química (MgFe)₃Si₂O₅(OH)₄.

Durante más de dos años se ha sostenido que debe ser el vulcanismo el proceso responsable de la inyección de metano en la atmósfera marciana. Tradicionalmente, se había supuesto que el flujo piroclástico de los volcanes en la Tierra contenía cantidades importantes de CH₄, además de los compuestos mayoritarios (H₂O, CO₂, N₂, SH₂, CO, S y Cl). Sin embargo, la primera cuantificación directa realizada sobre la tasa de emisión de metano de un volcán terrestre activo, llevada a cabo durante los últimos trece años en el volcán Mauna Loa (Hawai) y publicada el pasado mes de junio, ha determinado que su producción de metano no supera las 9 toneladas por año. Si Mauna Loa es un análogo válido, el estudio indica que los volcanes de Marte no deben ser una fuente importante de CH₄ para la atmósfera marciana, sobre todo si se tiene en cuenta que su actividad sostenida en el tiempo y hasta el momento presente está muy discutida.

Por lo tanto el metano de Marte debe tener un origen biológico, producido por microorganismos metanógenos, al igual que en la Tierra, en cuya atmósfera se presenta en 2 partes por millón. Las bacterias metanógenas habitan la Tierra desde hace, al menos, 3.500 millones de años (figura 2). Son extremadamente sensibles a la presencia de oxígeno, y por tanto sólo se encuentran en recintos anóxicos, tales como el subsuelo, bajo las aguas pantanosas o en el tracto intestinal de muchos seres vivos. Los metanógenos que viven en las tierras húmedas y pantanosas producen alrededor del 21% del metano presente en la atmósfera de la Tierra; los que habitan en los intestinos de los rumiantes, casi el 20%; los que viven en termitas y organismos similares producen el 15%; y en los arrozales se genera aproximadamente el 12%. Otras fuentes importantes incluyen los escapes de gas natural y la quema de biomasa. Parece que organismos metabólicamente similares deben ser los responsables de la inyección de metano en la atmósfera de Marte.

Figura 2: Microfotografía de granos de cuarzo que contienen precipitados hidrotermales con inclusiones de metano, hallados en sedimentos de más de 3.500 millones de años en Pilbara (Australia). (Ueno et al., 2006).

Tales microorganismos pueden estar activos actualmente, escondidos bajo gruesas porciones de corteza, en zonas relativamente húmedas y cálidas del subsuelo marciano. O tal vez el metano esté dando pistas sobre la existencia de una biosfera ancestral que dejó su firma química escondida entre las rocas: si hubo microorganismos metanógenos habitando el fondo de los primitivos océanos de Marte hace más de 3.000 millones de años, el CH₄ pudo quedar encapsulado dentro de cristales de hielo de agua o de CO₂. Estos depósitos de metano hidratado, conocidos como clatratos de metano (figura 3) y formados bajo ciertas combinaciones de presión y temperatura, son abundantes en la Tierra bajo el permafrost polar y bajo la plataforma continental, y parece que contienen más carbono que todos los demás combustibles fósiles juntos. Es posible que una biosfera primigenia en Marte formara depósitos similares en el fondo de los océanos primitivos, depósitos que ahora estarían siendo desestabilizados: las variaciones en la oblicuidad del eje de giro del planeta hacen que oscile entre 15º y 35º cada 124.000 años (figura 4), produciendo importantes cambios en la insolación a diferentes latitudes, y creando por tanto importantes variaciones térmicas en la corteza. Este proceso induce la aparición de períodos interglaciares, durante los que se funde el hielo cortical, lo que rompería los clatratos de metano y liberaría el CH₄ a la atmósfera. Marte está atravesando en la actualidad el último de tales períodos interglaciares, y la desestabilización de tan sólo unos 3.500 m³ de clatratos de metano al año sería suficiente para explicar la presencia del CH₄ en la atmósfera marciana; esta cantidad es órdenes de magnitud inferior al volumen de hielo de agua que se estima que se ha evaporado de la corteza de la zona ecuatorial de Marte recientemente. Por tanto, la desestabilización contemporánea de clatratos de metano formados por comunidades de microorganismos metanógenos en el fondo de los océanos primitivos de Marte, responde de forma elegante y completa todas las preguntas que ha suscitado durante los últimos años la presencia de CH₄ en la atmósfera marciana.

Figura 3: Estructura de los clatratos de metano. Los círculos azules representan moléculas de agua, y los rojos las inclusiones de metano.

Figura 4: Evolución del hielo cortical en Marte. Las flechas blancas indican el eje de rotación del planeta, y el ángulo que forman con las líneas discontinuas señala la oblicuidad del eje. A lo largo del ciclo, enormes cantidades de hielo se desplazan desde los polos al ecuador y viceversa. (ASD/IMCCE-CNRS).

Madrid, España, 02 de Noviembre de 2006.

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