Atmosfera planetei MarteMarte a avut parte de mulţi vizitatori de-a lungul anilor, fiecare dintre ei sosind cu instrumente din ce în ce mai sofisticate şi promiţând să descopere din ce în ce mai multe secrete despre Planeta Roşie. Cu toate acestea, istoria climatului său rămâne o enigmă.

 

 

 

Chiar în acest moment, navele spaţiale o circumnavighează şi roverele îi cercetează rocile. Cel mai recent exemplu: Curiosity de la NASA. Totuşi, atunci când vorbim despre istoria climatului marţian, nimeni nu ştie mare lucru.

Pentru mai bine de un secol, am ales între un climat cald şi rece, sau poate între un climat umed şi uscat, atunci când ne refeream la climatul marţian. Apoi, după observarea timp de decenii a aspectelor geologice, cum ar fi reţelele sinuoase asemănătoare cu văile unor râuri, o părere a început să fie cea dominantă. Ea suna cam aşa... Cu mult timp în urmă, în acelaşi timp în care viaţa începea să apară pe Pământ, Marte, de asemenea, era relativ umed şi primitor. Avea o atmosferă subţire, un ciclu de ploi activ şi un sistem de râuri şi lacuri. Planeta Roşie ar fi putut să deţină chiar un ocean imens şi de lungă durată.

Dar dacă ne-am înşelat cu totul? Anumite bucăţi de informaţii par a arăta în cu totul altă direcţie. Dacă acestea sunt corecte, Marte nu a avut niciodată un ciclu hidrologic de lungă durată care să consiste din apă în stare liberă, evaporare şi ploi, similar cu cel al Pământului. În schimb, a fost mereu doar un deşert rece şi arid, punctat doar de o brumă de episoade trecătoare de umiditate şi căldură. Acesta este un punct de vedere radical care – dacă se va dovedi adevărat – va rescrie înţelegerea pe care o avem despre climatul de pe Marte şi ne va determina să reevaluăm tipurile de viaţă care s-ar fi putut dezvolta acolo.

Astăzi Marte este prea rece şi atmosfera sa prea subţire pentru a putea permite existenţa apei în stare lichidă la suprafaţă. Toată apa sa este în schimb blocată la poli sau în subsol sub formă de gheaţă tare ca piatra care merge în adânc pentru zeci sau chiar sute de metri. Pungi de lichide ar putea exista la aceste adâncimi, fiind încălzite de activitatea geotermală.

Pentru a înţelege cel mai bine trecutul îndepărtat al planetei Marte, are sens să începem de la ceea ce vedem acum şi să ne croim drum înapoi în timp. Aceasta este abordarea aleasă de James Head, specialist în geologie planetară la Universitatea Brown din Providence, Rhode Island, care este un cercetător de frunte al proceselor geologice timpurii de pe Marte.

El a devenit fascinat de acest subiect cu mai multe decenii în urmă, atunci când navele spaţiale orbitale au început să trimită înapoi imagini cu ceea ce păreau a fi reţele de văi. "Am fost hipnotizat de ele, încercând să aflu ce însemnau cu adevărat", spune el. Este în special emoţionat de noile imagini cu pături de roci rotunde trimise înapoi luna trecută de Curiosity, care indică faptul că roverul explorează ceea ce pare a fi albia unui râu.

Este clar că astfel de caracteristici ne prezintă un Marte semnificativ mai diferit decât cel pe care îl vedem acum. Dar totuşi cât de diferit?

Specialiştii în geologie planetară află vârsta caracteristicilor de pe Marte luând în considerare densitatea craterelor de impact, regiunile mai vechi având o prezenţă mai densă a craterelor decât cele mai noi. Cu ajutorul imaginilor de la nave şi pe baza unor modele, Head a încercat să găsească dovezi ale unor schimbări ale climatului înscrise de-a lungul timpului în roci. În urmă cu 3 miliarde de ani, la sfârşitul perioadei geologice denumite Hesperiană, geologia de la suprafaţă "arăta tot rece şi uscată", în mare parte la fel ca astăzi. Să ne întoarcem cu încă jumătate de miliard de ani mai devreme în perioada Hesperiană – atunci când s-a format craterul Gale, locul de aterizare al Curiosity – şi ni se va înfăţişa o întreagă panoplie de caracteristici care probabil ne prezintă o imagine diferită. Ele sugerează un climat asemănător celui de pe Pământ, cu temperaturi şi presiuni atmosferice mult mai mari decât cele din prezent, care permiteau formarea râurilor şi ale lacurilor, apa se putea evapora pentru a forma nori şi astfel ploaia putea să menţină acest ciclu în viaţă.

"Există o mulţime de lucruri care indică prezenţa căldurii şi umidităţii", spune Head, "dar strategia noastră este să vedem dacă aceste lucruri chiar aveau nevoie de condiţii de căldură şi umiditate."




Potop, potop, şi gata

Mai sunt câteva lucruri care lipsesc, spune Head. În timp ce reţelele individuale dintr-o locaţie dată seamănă cu un râu terestru, o examinare în detaliu ne spune o poveste diferită... acestor forme le lipseşte integrarea pe scară largă prezentă la un sistem hidrografic pe termen lung. În loc de a avea dovada unor sisteme mature, conectate pe scară largă, aceste cărări discontinue sugerează episoade scurte în care volume mari de apă ar fi putut curge la o scală locală, dar nu pentru o perioadă prea lungă sau prea departe. Chiar şi păturile de pietre rotunde observate de Curiosity încă nu ne pot spune dacă râul care le-a produs a curs timp de mii de ani – o perioadă de timp scurtă după standardele geologice ale opiniei revizioniste al unui Marte rece şi uscat – sau pentru milioane de ani, ca o trăsătură mai stabilă a unui Marte cald şi umed. Head concluzionează că părerea conform căreia Marte din perioada timpurie a fost un deşert rece şi arid, cu numai câteva episoade scurte cu apă de suprafaţă, este o "interpretare plauzibilă".

O altă serie de dovezi vine din mineralogie. Prezenţa argilei, detectată atât de rovere, cât şi de pe orbită, este de obicei interpretată ca o dovadă forte a prezenţei apei de suprafaţă. Dar lucrările lui Bethany Ehlman, un geolog de la California Institute of Technology din Pasadena, contestă acest punct de vedere. Într-un studiu publicat în noiembrie, anul trecut, Ehlman a analizat distribuţia diferitelor minerale detectate în mii de locaţii de suprafaţă de nava spaţială Mars Express şi de Mars Reconnaissance Orbiter. Ea a descoperit că cele mai multe tipuri de argilă fac parte din categoria celei care se formează în condiţii de căldură, în lipsa oxigenului, condiţii prezente în subsol. Aceste argile sunt foarte diferite de amestecul prezent în cazul celor mai multe argile bogate în aluminiu care se formează în apele de suprafaţă, şi care pot fi văzute doar în câteva locuri pe Marte.

Ceea ce este interesant e că acele locuri puţine cu argilă şi alte minerale care s-au format în mod clar în ape curgătoare sunt cam toate din aceeaşi perioadă, cu aproximativ 3.6 miliarde de ani în urmă. În acea perioadă a avut loc tranziţia în era Hesperiană. Aceasta se întâmplă să coincidă cu perioada când cele mai multe canale de suprafaţă par a se fi format. Aceasta se potriveşte cu imaginea despre un Marte în general rece, cu numai câteva episoade scurte de umiditate numai în acea eră. "Este destul de clar că acel Marte timpuriu era mai cald şi mai umed decât astăzi", spune ea, "dar asta nu implică cu necesitate un climat umed sustenabil aşa cum avem pe Pământ."

Un raport şi mai recent prezintă dovezi şi mai puternice în favoarea faptului că argila de pe Marte ar putea fi de origine vulcanică şi că e posibil să nu fi avut deloc contact pe termen lung cu apa de suprafaţă. Într-un articol publicat în revista Nature Geoscience, o echipă condusă de Alaina Meunier de la Universitatea Poitiers din Franţa susţine ideea că argila găsită în atolul Mururoa din Polinezia Franceză s-a format prin precipitarea în exterior a magmei bogate în apă şi nu prin formarea într-un râu sau lac. Acesta este un lucru relevant pentru că semnătura spectrală a argilei de la Mururoa se aseamănă cu cele ale argilei de pe suprafaţa Planetei Roşii, la fel şi cu unii meteoriţi marţieni. Conform lui Meunier, aceasta ar putea însemna că nu a fost nevoie de existenţa apei în stare lichidă, care să persiste timp de milioane de ani pe, sau chiar lângă, suprafaţa marţiană.

Aceasta este o afirmaţie care ar putea fi testată de roverele Curiosity şi Opportunity, care explorează suprafaţa marţiană încă din 2004. Ambele cercetează interiorul craterelor care prezintă depozite abundente de minerale de argilă. O examinare în detaliu a acestor argile cu arsenalul de instrumente de care dispun – în special instrumentele sofisticate pentru teste chimice şi mineralogice de pe Curiosity – ar putea afla dacă acele argile îşi au originile în lacuri ori în vulcani. Head şi alţii cred, de asemenea, că activitatea vulcanică joacă un rol important. Argumentaţia lor se bazează pe modelele climatice. Cu miliarde de ani în urmă, Soarele era mai slab decât este acum. Aceasta împreună cu ceea ce ştim despre compoziţia atmosferei timpurii de pe Marte face practic imposibil ca Marte să fi putut furniza condiţiile continue de umiditate şi căldura necesare pentru a putea crea un scenariu asemănător cu cel al Pământului.

Mai degrabă, spune el, climatul ar fi putut să fie rece şi uscat în marea majoritate a timpului, dar cu explozii scurte de căldură induse de vulcanismul episodic.

Există dovezi prezente din abundenţă pe toată suprafaţa marţiană pentru scenariul exploziilor scurte de climat mai cald, produs de vulcani care injectează vapori de apă şi dioxid de carbon în atmosferă, spune Head. "Dacă ai destule astfel de erupţii, poţi să creşti temperatura suficient de mult pentru a obţine o topire susţinută a straturilor de gheaţă şi permafrost", spune el. Dar aceste episoade ar fi putut să dureze doar câteva sute sau poate câteva mii de ani, decât acele sute de milioane de ani previzionate de modelul convenţional al climatului cald şi umed.


Curgeri în amonte


Modelul din ce în ce mai popular "de sus în jos", în care topirea tranzitorie, evaporarea şi ploile erau induse mai degrabă de vulcani sau de impacturi decât de o atmosferă şi crustă în general călduroase, este susţinut şi de alte dovezi recente. James Fastook, un glaciolog de la Universitatea Maine din Orono, a arătat că crestele lungi şi sinuoase de lângă polii marţieni sunt în fapt eskere – depozite de pietriş produse de râurile de apă care curgeau sub păturile subţiri de gheaţă, mai curând decât la suprafaţă.

Fastook susţine că există unele caracteristici pe Marte care sunt imposibil de explicat în alt mod: eskerele pot curge în susul şi deasupra crestelor şi în susul pantelor pentru că apa este împinsă de-a lungul canalelor de presiunea gheţii de deasupra, decât doar să curgă la vale după exemplul unui râu de suprafaţă. Aceste curgeri la deal sunt la dispoziţia tuturor, putând fi văzute în imagini de înaltă rezoluţie, spune el.

Ce tip de climat ar putea susţine straturile de gheaţă destul de mult timp pentru a permite formarea eskerelor? Modelul climatic este destul de clar, spune Fastook; în regiunile din apropierea polilor, numai o gamă de temperaturi între -75 şi -50 grade Celsius ar putea funcţiona. În plus, în aceste condiţii chiar şi regiunile ecuatoriale nu ar putea atinge o temperatură anuală deasupra limitei de îngheţ. La tropicele marţiene, înapoi în perioada în care a existat probabil cel mai călduros climat sustenabil pe care planeta l-a avut, spune el, "nu era nici măcar la fel de cald ca în Groenlanda."

Dar dacă în loc de a fi călduros şi umed sau rece şi uscat Marte a fost în ceea mai mare parte rece, dar destul de umed?

"Oamenii nu par a fi în stare să pună cuvintele rece şi umed în aceeaşi propoziţie", spune Chris McKay, om de ştiinţă în domeniul planetar la Centrul de Cercetare Ames NASA din Mountain View, California. Dar rece şi umed este exact ceea ce atât el cât şi mulţi alţii argumentează că este cel mai probabil scenariu al epocii timpurii din istoricul planetei Marte, bazat pe cele mai bune dovezi pe care le deţinem în prezent. McKay a avut parte personal de o experienţă cu astfel de climate, în cadrul multelor excursii pe care le-a realizat în locuri cum ar fi aşa-numitele văi uscate din Antarctica. În aceste microclimate, în ciuda unor temperaturi care rareori ajung să depăşească limita de îngheţ, apa curge ocazional în timpul verii, lacurile rămân în stare lichidă de-a lungul întregului an sub un strat de gheaţă şi ecosistemele de microbi şi alge se pot dezvolta sub această pătură de gheaţă.

Există indicii ale unui astfel de scenariu şi pe Marte. Un exemplu sunt craterele enigmatice de forma unui piedestal vizibile în imaginile de înaltă rezoluţie. Spre deosebire de craterele din orice alt loc, ele par a fi rezultatul unor impacturi majore din perioada în care suprafaţa era acoperită de straturi de gheaţă groase de sute de metri. Păturile de pietriş ejectat care se întind mai multe zeci de metri în jurul marginilor acestor cratere ar fi putut izola gheaţa sub ele, lăsând în urmă platouri unice asemănătoare unor mese, în timp ce toată gheaţa din jurul lor s-a topit sau a sublimat.

Dar cum au apărut acele sute de metri de gheaţă? Head şi alţii spun că apariţia lor presupune existenţa unei perioade de precipitaţii susţinute, nu neapărat ploaie, dar probabil acel tip de ninsoare pe termen lung care a contribuit la crearea stratului de gheaţă de un kilometru din Antarctica. E posibil să fi fost rece, dar trebuie să fi existat şi un ciclu al apei activ pe perioade lungi de timp, spune el.

Totuşi, multor cercetători le este greu să accepte acest scenariu rece şi uscat, sau chiar şi alternativa umed-rece, insistând că aceasta nu oferă explicaţii pentru caracteristicile prezente pe scară largă asemănătoare unor fluvii care străbat suprafaţa marţiană. Jim Kasting de la Penn State University din University Park, care se specializează în climatele planetare, spune că este greu să înţelegi modul în care s-au format giganticele canioane marţiene, de exemplu, în lipsa unei perioade climatice lungi după modelul pământean.

Un calcul simplu ilustrează această idee. Mai multe văi de pe Marte sunt similare în dimensiuni cu Marele Canion, căruia i-au trebuit 17 milioane de ani să se formeze şi a preluat cea mai mare parte a debitului din platoul Colorado. Alţii au argumentat că astfel de caracteristici marţiene s-ar fi putut forma ca urmare a doar 500 de metri de ploi provenite în urma unor perioade scurte de încălzire într-un climat în cea mai mare parte rece şi arid. Dar Kasting spune că acest scenariu nu poate justifica în mod realist dimensiunea vastă a acestor caracteristici." Eu cred că aproximarea lor este greşită cu un factor de 10.000", spune el.

Aproape oricine este de acord că avem nevoie de mai multe date. "Am crezut că ştiam tot ce era de ştiut cu 15 ani în urmă", spune Head, dar bogăţia de imagini noi a tulburat şi mai mult lucrurile. Pentru moment, el preferă să nu aibă exprime opinii clare în privinţa climatului călduros sau rece sau umed sau uscat care a existat pe Marte.

Curiosity ar putea să fie capabil să ne spună cât a durat perioada cu condiţii de umiditate. Punctul său de aterizare este la câteva sute de metri de depozite stratificate din perioada crezută a fi cea în care condiţiile de umiditate s-au schimbat în unele mai uscate. "Am putea fi în stare să observăm exact tranziţia", spune Head.

Dovezile morfologice, chimice şi mineralogice găsite acolo ne-ar putea ajuta să dovedim validitatea unuia dintre scenarii. De exemplu, dacă păturile subţiri de pietricele rotunde găsite de Curiosity se întrepătrund cu straturi de material adus de vânt şi cenuşă vulcanică atunci aceste dovezi ar susţine scenariul în care climatul marţian a fost rece şi uscat, punctat de perioade scurte de ploi produse de activitatea vulcanică. Totuşi, prezenţa unor pături subţiri de pietricele care sugerează un fenomen de eroziune datorat apei ar putea sprijini interpretarea care are la bază un climat mai umed şi mai călduros.

Pentru răspunsuri definitive este posibil să avem de aşteptat misiunile viitoare care vor putea să excaveze adânc în solul marţian sau care să poată returna probe pe Pământ. Totuşi, noile rezultate care sosesc de la Curiosity, oferă în sfârşit posibilitatea de a rezolva misterul într-un fel sau altul. Head spune că nu îi pasă care dintre scenarii va fi sprijinit de dovezi." Sincer să fiu, eu vreau doar să ştiu ce naiba s-a întâmplat acolo."


 

Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului Confounded by Mars: Climate history thrown into doubt, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Alexandru Hutupanu