La actividad volcánica en Marte cambia las suposiciones del planeta rojo

Una masa de material en movimiento en Marte llamada pluma del manto puede estar causando martemotos y vulcanismo

Durante décadas, los científicos planetarios asumieron que Marte estaba muerto.

Geológicamente, eso es. Más pequeño que la Tierra, el planeta se habría enfriado más rápido que el nuestro después de su formación. Fue, durante un tiempo, bastante volcánicamente activo. La suposición era que cuando la temperatura interior disminuía gradualmente, también lo hacía la capacidad del planeta para generar actividad geológica a gran escala, como enormes volcanes y "martemotos".

Los nuevos descubrimientos, sin embargo, desmienten esa creencia. Da la casualidad de que Marte está mayormente muerto. Los científicos han descubierto que una gran región de Marte ha sido propensa a terremotos e incluso a actividad volcánica leve en tiempos geológicos recientes, lo que indica que algo se está gestando debajo de la superficie. ¿Pero que?

Después de revisar los datos de varias misiones robóticas a Marte, un equipo de científicos planetarios llegó a la asombrosa conclusión de que una inmensa torre de material caliente que se mueve hacia arriba en el manto del planeta está empujando la corteza desde abajo, creando una presión que está agrietando la superficie y causando actividad tectónica. Llamada pluma del manto, puede ser una característica relativamente nueva en el interior de Marte, una que tiene análogos en la Tierra. Incluso podría tener implicaciones para la vida existente en Marte o, más exactamente, en su interior. El trabajo fue publicado en diciembre de 2022 en Nature Astronomy.

Marte fue una vez un planeta fuertemente volcánico. La superficie todavía está salpicada de montículos antiguos, incluido uno llamado Olympus Mons. Este monstruo tiene más de 600 kilómetros de diámetro, aproximadamente igual a la longitud del estado de Colorado, y se eleva 21 kilómetros por encima de la elevación promedio de la superficie de su planeta, aproximadamente dos veces y media más alto que el Monte Everest. Aunque otros volcanes en Marte son más pequeños, siguen siendo gigantes y todos ellos son terriblemente viejos.

El vulcanismo a gran escala en Marte comenzó antes de que el planeta tuviera mil millones de años y estuvo activo durante aproximadamente mil millones de años a partir de entonces. A nivel mundial, la construcción de volcanes prácticamente se detuvo después de eso. Hay evidencia de algunos flujos de lava en Olympus Mons que datan de hace solo unos pocos millones de años, pero estos fueron eventos a pequeña escala y probablemente fueron esporádicos. Hace unos tres mil millones de años, la era de la construcción de volcanes activos en Marte había terminado. A modo de comparación, la mayoría de los volcanes activos en la Tierra tienen menos de un millón de años.

Hasta hace poco, los científicos consideraban que el final de la historia del vulcanismo en el Planeta Rojo. Sin embargo, las naves espaciales que orbitan Marte han capturado imágenes de alta resolución que muestran que el capítulo final aún no se ha escrito. En una región llamada Cerberus Fossae, hay una gran cantidad de grietas en la superficie (fossae son trincheras o fisuras), y una de esas características tiene rayas oscuras de material que corren a lo largo de docenas de kilómetros. Las mediciones desde la órbita muestran que el material está cargado con piroxenos, minerales comunes en la lava volcánica. Sorprendentemente, estas salidas pueden haber ocurrido hace solo decenas de miles de años. Eso es reciente en el tiempo planetario y apunta hacia una actividad en curso bajo la superficie.

Además, en 2018, el módulo de aterrizaje InSight de la NASA aterrizó en la vasta región de Elysium Planitia, en un lugar a unos 1.600 kilómetros de Cerberus Fossae. Como parte de una misión para ayudar a medir lo que sucede debajo de la superficie marciana, InSight tenía un sismómetro que detectó cientos de pequeños martemotos durante sus años de funcionamiento, así como varios de energía moderada. La gran mayoría de ellos parecen haber venido de la dirección de Cerberus Fossae. Una vez más, esta actividad indica que es posible que el manto marciano aún no esté completamente muerto.

En el nuevo estudio de Nature Astronomy, los científicos se centran en esta región de Marte. Gran parte de la superficie del planeta muestra características de compresión, como crestas de arrugas, que se forman cuando la superficie de un planeta se contrae a medida que se enfría. Elysium Planitia, por el contrario, es una protuberancia en la superficie vista como evidencia de extensión: un estiramiento de la corteza a medida que se expande el área local. Las grietas que componen Cerberus Fossae son fisuras donde la corteza se ha desprendido debido a esta extensión. Los científicos también notaron que los pisos de los cráteres de impacto que se formaron hace muchos millones de años están inclinados lejos del centro de la protuberancia, lo que se esperaría si se hubieran formado antes de que la superficie fuera empujada hacia arriba. Juntos, estos hallazgos indican que lo que sea que haya causado el levantamiento es relativamente joven.

Toda esta evidencia es consistente con una pluma del manto. La idea básica de un penacho puede resultarle familiar si alguna vez ha visto hervir agua o un globo aerostático en vuelo: el material caliente se eleva mientras el material frío se hunde en un proceso llamado convección. El núcleo de un planeta está caliente y el manto que está encima está algo más frío, por lo que el material calentado en la base del manto asciende.

La curva aquí es que gran parte del manto de Marte (y de la Tierra) es en realidad sólido; es un error pensar que es un líquido. Pero la convección puede funcionar incluso en un sólido. El material de silicato que constituye la mayor parte de un manto es cristalino y puede haber fallas y roturas en el patrón de cristal. Bajo las enormes presiones en las profundidades subterráneas, los átomos del material que se encuentra debajo pueden llenar estas grietas en un proceso conocido como fluencia por dislocación. De esta manera, el material más caliente cerca del núcleo puede ascender lentamente, esencialmente fluyendo. Es un proceso extremadamente lento; El manto de la Tierra fluye a una velocidad promedio del orden de unos pocos centímetros al año, aproximadamente tan rápido como crecen las uñas.

No está claro exactamente cómo se forman las plumas del manto. En la base del manto sobre el núcleo, un punto más caliente que el promedio puede crear una región de convección más fuerte donde el material fluye en una columna más restringida. Este penacho sube a la superficie durante decenas o cientos de millones de años. Cuando se acerca a la corteza, la presión es mucho menor y el material sólido puede licuarse. Se extiende, formando un casquete en forma de hongo que empuja contra la corteza, provocando una característica de extensión como la que se ve en Elysium Planitia.

Este escenario explicaría esencialmente todas las anomalías en Cerberus Fossae: el levantamiento, las grietas, las erupciones volcánicas, los terremotos. Las mediciones del campo de gravedad de Marte incluso muestran que el campo es ligeramente más débil bajo Cerberus Fossae, lo que sería consistente con un manto de menor densidad empujando hacia la corteza. Estos hallazgos indican que el levantamiento se sostiene muy profundo bajo tierra.

Los científicos utilizaron modelos informáticos para simular la geofísica de Marte y descubrieron que una columna de 95 a 285 grados centígrados más caliente y un poco menos densa que el manto circundante podría funcionar si estuviera centrada casi directamente debajo de las fosas. Formaría un casquete que se extendería a lo largo de unos pocos miles de kilómetros y empujaría la corteza hacia arriba aproximadamente un kilómetro, igualando nuevamente a Cerberus Fossae. También sería una característica joven: la actividad en Cerberus Fossae y sus alrededores parece haber comenzado hace aproximadamente 350 millones de años, mucho después de que todos los demás motores a gran escala dentro del planeta se apagaran efectivamente.

Aunque el modelo de la pluma coincide perfectamente con los datos observados, los científicos reconocen que podría haber otras explicaciones. Por ejemplo, una gota de material del manto de densidad ligeramente más baja podría estar simplemente sentada allí debajo de la región, lo que explicaría las lecturas de gravedad, aunque no explicaría el levantamiento ni nada más. La idea que cubre la mayor parte del terreno, literalmente, es una pluma de manto.

Si la hipótesis resulta ser correcta, entonces esta es una noticia importante. Por un lado, al sacar muchas de sus conclusiones sobre el interior marciano, los científicos han asumido que Elysium Planitia es aburrido, solo otro lugar en Marte. Si se encuentra en la parte superior de una tremenda columna de material caliente de baja densidad, eso cambia la forma en que debemos interpretar las mediciones sísmicas de InSight.

Y aunque es un poco exagerado por ahora, el penacho podría tener implicaciones para la vida. Los científicos han pensado durante mucho tiempo que el agua debajo de la superficie marciana toma la forma de hielo, pero una columna de manto cálido podría calentar bolsas de agua lo suficiente como para volverla líquida. La vida en la Tierra necesita agua líquida, por lo que puede que no sea demasiado tonto considerar la posibilidad de la biología en las profundidades de la superficie de Marte.

En ese caso, Marte podría no estar completamente muerto, ni geológicamente ni en el sentido biológico más común. Recién comenzamos a comprender la verdadera naturaleza del Planeta Rojo, y cuanto más miramos, más descubrimos que todavía le queda una pequeña patada.

Este es un artículo de opinión y análisis, y las opiniones expresadas por el autor o los autores no son necesariamente las de Scientific American.

phil trenza es un astrónomo profesional y comunicador científico en Colorado. Escribe el Bad Astronomy Newsletter. Síguelo en Twitter @BadAstronomer Crédito: Nick Higgins

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