Un nuevo estudio publicado en Nature Communications reporta la detección de un sulfato de hierro en Marte que podría representar un mineral previamente desconocido. El azufre es abundante en el planeta rojo y comúnmente se combina con otros elementos para crear minerales sulfatados. En la Tierra, la mayoría de los sulfatos se disuelven fácilmente en agua de lluvia, pero Marte es extremadamente seco, lo que permite que estos minerales persistan durante miles de millones de años y conserven evidencia de antiguas condiciones ambientales.
Cada mineral posee su propia estructura cristalina y propiedades físicas, como el yeso y la hematita. Los científicos analizan datos de naves espaciales en órbita para identificar minerales en la superficie marciana y reconstruir las condiciones ambientales que los produjeron. Durante casi dos décadas, los investigadores se han sentido desconcertados por los sulfatos de hierro en capas presentes en Marte, que muestran señales espectrales inusuales. Una nueva investigación, liderada por la Dra. Janice Bishop, científica senior del SETI Institute y del Centro de Investigación Ames de la NASA en California, ha identificado y caracterizado una fase poco común de hidroxosulfato férrico.
El equipo combinó experimentos de laboratorio con observaciones orbitales de Marte para comprender mejor estos materiales. Sus resultados proporcionan nuevas pistas sobre el papel del calor, el agua y las reacciones químicas en la formación del paisaje marciano. “Investigamos dos sitios con sulfatos cerca del vasto sistema de cañones Valles Marineris, que incluían bandas espectrales misteriosas observadas a partir de datos orbitales, así como sulfatos en capas y una geología intrigante”, afirmó Bishop.
Sitios de Estudio Cerca de Valles Marineris
La investigación se centró en dos áreas cercanas a Valles Marineris, uno de los sistemas de cañones más grandes del sistema solar. Una ubicación es Aram Chaos, situado al noreste del sistema de cañones, donde el agua antigua fluyó una vez hacia terrenos más bajos en dirección norte. El segundo sitio se encuentra en la meseta sobre Juventae Chasma, un cañón de 5 km de profundidad ubicado justo al norte de Valles Marineris.
Meseta de Juventae (sobre Juventae Chasma)
Esta región cerca de los acantilados de Valles Marineris conserva signos de un pasado más húmedo. Antiguos canales excavados por el flujo de agua cruzan el paisaje. Los científicos encontraron minerales sulfatados concentrados en una pequeña área baja que probablemente se formó cuando charcos de agua rica en sulfatos se evaporaron gradualmente. A medida que el agua desaparecía, quedaron atrás sulfatos ferrosos hidratados.
Estos minerales, incluido el hidroxosulfato férrico, se presentan en capas delgadas de aproximadamente un metro de grosor que se encuentran tanto por encima como por debajo de materiales basálticos. Su posición sugiere que posteriormente fueron expuestos al calor de la lava o las cenizas volcánicas después de su formación original.
“La investigación de las morfologías y estratigrafías de estas cuatro unidades composicionales nos permitió determinar la edad y las relaciones de formación entre las diferentes unidades”, dijo la Dra. Catherine Weitz, coautora del estudio y científica senior del Planetary Science Institute.
Evidencia de Aram Chaos
Los minerales sulfatados están ampliamente distribuidos en toda la región de Valles Marineris, especialmente en paisajes accidentados llamados terrenos caóticos. Los científicos creen que estas áreas se formaron cuando inundaciones masivas remodelaron la superficie hace mucho tiempo. A medida que el agua se evaporaba, dejaba depósitos en capas de sulfatos de hierro y magnesio que proporcionan evidencia de un Marte mucho más húmedo en el pasado.
En un terreno caótico que se formó dentro de un antiguo cráter de impacto, las capas superiores contienen sulfatos polihidratados. Debajo de ellos se encuentran capas de sulfatos monohidratados e hidroxosulfato férrico.
Cómo el Calor Transformó los Sulfatos Marcianos
Cada uno de estos tipos de sulfatos tiene una firma espectral única que se puede detectar desde la órbita utilizando el instrumento CRISM. Inicialmente, la disposición de estas capas de minerales fue difícil de explicar. Los experimentos de laboratorio ayudaron a resolver el rompecabezas. Los investigadores encontraron que calentar los sulfatos polihidratados a 50°C los convierte en formas monohidratadas. Cuando las temperaturas superan los 100°C, se forma el hidroxosulfato férrico. Estos resultados indican que el calor geotérmico probablemente alteró los minerales después de su depósito.
Los sulfatos polihidratados y monohidratados aparecen en grandes áreas de la región. El hidroxosulfato férrico es mucho más raro y solo ocurre en unos pocos lugares pequeños. Los científicos sospechan que fuentes geotérmicas más cálidas existieron una vez debajo de estas áreas, produciendo las condiciones necesarias para crear este mineral. Depósitos adicionales podrían permanecer enterrados bajo capas de sulfatos monohidratados.
Experimentos de Laboratorio Revelan Transformaciones Minerales
Los investigadores del SETI Institute y NASA Ames realizaron experimentos de laboratorio para rastrear cómo evolucionan estos minerales. El proceso comienza con rozenita (Fe2+SO4·4H2O), que contiene cuatro moléculas de agua en cada celda unitaria. El calentamiento la transforma en szomolnokita (Fe2+SO4·H2O), que contiene solo una molécula de agua. El calentamiento continuo produce hidroxosulfato férrico, donde OH reemplaza a H2O en la estructura mineral.
“Nuestros experimentos sugieren que este hidroxosulfato férrico solo se forma cuando los sulfatos ferrosos hidratados se calientan en presencia de oxígeno”, dijo el investigador postdoctoral Dr. Johannes Meusburger de NASA Ames. “Si bien los cambios en la estructura atómica son muy pequeños, esta reacción altera drásticamente la forma en que estos minerales absorben la luz infrarroja, lo que permitió la identificación de este nuevo mineral en Marte utilizando CRISM.”
Oxígeno y Reacciones Químicas en Marte
Esta reacción química requiere gas oxígeno y genera agua (Ecuación 1). Marte actualmente tiene una atmósfera delgada dominada por CO2, pero aún contiene suficiente oxígeno para que ocurra esta reacción y para que otras formas de hierro se oxiden también.
Ecuación 1: 4 Fe2+SO4·H2O + O2 → 4 Fe3+SO4OH + 2H2O
“El material formado en estos experimentos de laboratorio es probablemente un nuevo mineral debido a su estructura cristalina única y estabilidad térmica”, dijo Bishop. “Sin embargo, los científicos también deben encontrarlo en la Tierra para reconocerlo oficialmente como un nuevo mineral.”
Pistas a la Actividad Geológica de Marte
El hidroxosulfato férrico recién identificado tiene una estructura cristalina similar a la de la szomolnokita, un sulfato ferroso monohidratado. Sin embargo, parece formarse más fácilmente a partir de la rozenita, que contiene cuatro moléculas de agua.
La transformación de sulfatos ferrosos hidratados a hidroxosulfato férrico solo ocurre cuando las temperaturas superan los 100°C, mucho más altas que las condiciones típicas de la superficie marciana. Los sulfatos observados en Aram Chaos y Juventae, incluido el hidroxosulfato férrico, probablemente se formaron más recientemente que el terreno circundante. Los investigadores sugieren que podrían datar del período amazónico.
Los hallazgos indican que el calor volcánico en la meseta de Juventae y la energía geotérmica debajo de Aram Chaos podrían convertir los sulfatos hidratados comunes en hidroxosulfato férrico. Este descubrimiento sugiere que partes de Marte han permanecido químicamente y térmicamente activas más recientemente de lo que se creía, ofreciendo nuevas perspectivas sobre la superficie en evolución del planeta y su posible capacidad para albergar vida.
El artículo, Characterization of Ferric Hydroxysulfate on Mars and Implications of the Geochemical Environment Supporting its Formation, está publicado en Nature Communications.
