Explicación a un misterio polar de Marte

Marte, con su delgada atmósfera de CO2, podría tener un depósito polar estable a largo plazo de hielo de dióxido de carbono que, a su vez, controlaría la presión atmosférica global.

Un nuevo estudio de Caltech sugiere que esta teoría, desarrollada por 1966 por el físico Robert B. Leighton y el científico planetario Bruce C. Murray, puede ser correcta.

El dióxido de carbono constituye más del 95 por ciento de la atmósfera de Marte, que tiene una presión superficial de solo 0,6 por ciento la de la Tierra.

Una predicción de la teoría de Leighton y Murray, con enormes implicaciones para el cambio climático en Marte, es que su presión atmosférica cambiaría de valor a medida que el planeta se tambalea sobre su eje durante su órbita alrededor del sol, exponiendo los polos a más o menos luz solar. La luz solar directa sobre el hielo de CO2 depositado en los polos conduce a su sublimación (la transición directa de un material de un estado sólido a uno gaseoso).

Leighton y Murray predijeron que, a medida que cambia la exposición a la luz solar, la presión atmosférica podría oscilar desde solo una cuarta parte de la atmósfera marciana actual al doble de la actual en ciclos de decenas de miles de años.

Ahora, un nuevo modelo de Peter Buhler del JPL (Jet Propulsion Laboratory), que Caltech administra para la NASA, y sus colegas de Caltech, JPL y la Universidad de Colorado, proporciona evidencia clave para respaldar esto. El modelo se ha publicado en Nature Astronomy.

El equipo exploró la existencia de una característica misteriosa en el polo sur de Marte: un depósito masivo de hielo de CO2 y hielo de agua en estratos alternos, como las capas de un pastel, que se extienden a una profundidad de 1 kilómetro, con una fina capa de hielo de CO2 en la parte superior. El depósito de capas contiene tanto CO2 como en toda la atmósfera marciana actual.

En teoría, esa estratificación no debería ser posible porque el hielo de agua es más estable térmicamente y más oscuro que el hielo de CO2. Los científicos creían desde hace mucho tiempo que este hielo se desestabilizaría rápidamente si estuviera enterrado debajo del hielo de agua. Sin embargo, el nuevo modelo de Buhler y sus colegas muestra que el depósito podría haber evolucionado como resultado de la combinación de tres factores: 1) la oblicuidad (o inclinación) cambiante de la rotación del planeta, 2) la diferencia en la forma en que el hielo de agua y el hielo de CO2 refleja la luz solar, y 3) el aumento de la presión atmosférica que ocurre cuando el hielo de CO2 se sublima.

"Por lo general, cuando se ejecuta un modelo, no se espera que los resultados coincidan tan estrechamente con lo que observa. Pero el grosor de las capas, según lo determinado por el modelo, coincide maravillosamente con las mediciones de radar de los satélites en órbita", dice Buhler en un comunicado.

Así es como se formó el depósito, sugieren los investigadores: a medida que Marte se tambaleó en su eje de rotación en los últimos 510.000 años, el polo sur recibió cantidades variables de luz solar, permitiendo que se formara hielo de CO2 cuando los polos recibían menos luz solar y causó que sublime cuando los polos estaban más soleados. Cuando se formó hielo de CO2, pequeñas cantidades de hielo de agua quedaron atrapadas junto con el hielo de CO2. Cuando el CO2 se sublimó, el hielo de agua más estable se dejó atrás y se consolidó en capas.

Pero las capas de agua no sellan totalmente el depósito. En cambio, el CO2 sublimado aumenta la presión atmosférica de Marte, y la torta de capas con hielo de CO2 evoluciona en equilibrio con la atmósfera. Cuando la luz solar comienza a disminuir nuevamente, se forma una nueva capa de hielo de CO2 en la parte superior de la capa de agua, y el ciclo se repite.

Debido a que los episodios de sublimación generalmente han disminuido en intensidad, quedó algo de hielo de CO2 entre las capas de agua, por lo tanto, la alternancia de CO2 y hielo de agua. La capa de CO2 más profunda (y por lo tanto más antigua) se formó hace 510.000 años después del último período de extrema luz solar polar, cuando todo el CO2 sublimó a la atmósfera.