Curiosity da NASA encontra pistas sobre o passado frio de Marte enterrado em rochas

Ao estudar os elementos químicos em Marte hoje, incluindo carbono e oxigênio, os cientistas podem enxergar a história de um planeta que já teve as condições necessárias para sustentar a vida.

Tecer essa história, elemento a elemento, a cerca de 140 milhões de milhas (225 milhões de quilômetros) de distância é um processo minucioso. Mas os cientistas não são do tipo que podem ser facilmente dissuadidos. Órbitas e veículos espaciais em Marte confirmaram que o planeta já teve água líquida, graças a pistas que incluem leitos secos de rios, linhas costeiras antigas e química salgada da superfície. Usando o Rover Curiosity da NASA, os cientistas encontraram evidências de lagos antigos. Eles também desenterraram compostos orgânicos, que são os componentes químicos da vida. A combinação de água líquida e compostos orgânicos obriga os cientistas a continuar buscando em Marte sinais de vida passada ou presente.

Apesar das evidências tentadoras encontradas até agora, a compreensão dos cientistas da história marciana ainda está se desenrolando, com várias questões importantes em aberto para debate, por exemplo, a antiga atmosfera marciana seria espessa o suficiente para manter o planeta quente e, portanto, úmido, pelo tempo necessário para brotar e nutrir a vida? E os compostos orgânicos: eles são sinais de vida ou seria a química que acontece quando as rochas marcianas interagem com a água e a luz do sol?

Em um relatório recente da Nature Astronomy sobre um experimento de vários anos realizado no laboratório de química no interior da Curiosity, chamado Sample Analysis at Mars (SAM), uma equipe de cientistas oferece algumas idéias para ajudar a responder a essas perguntas. A equipe descobriu que certos minerais nas rochas da Cratera Gale podem ter se formado em um lago coberto de gelo. Esses minerais podem ter se formado durante um estágio frio imprensado entre períodos mais quentes, ou depois que Marte perdeu a maior parte de sua atmosfera e começou a ficar permanentemente frio.

Evidências de riachos, deltas e lagos antigos que o rover Curiosity da NASA encontrou nos padrões de depósitos sedimentares em Gale sugerem que a cratera possuía um lago como esse há mais de 3 bilhões de anos, enchendo e secando em vários ciclos ao longo de dezenas de milhões de anos.

Créditos: NASA / JPL-Caltech / ESA / DLR / FU Berlim / MSSS

Gale é uma cratera do tamanho de Connecticut e Rhode Island combinadas. Foi selecionado como o local de pouso do Curiosity em 2012 porque tinha sinais de que um dia já teve água no passado, incluindo minerais de argila que podem ajudar a capturar e preservar moléculas orgânicas antigas. De fato, enquanto explorava a base de uma montanha no centro da cratera, chamada Mount Sharp, Curiosity encontrou uma camada de sedimentos com 300 metros de espessura que foi depositada como lama em lagos antigos. Para formar tanto sedimento, uma quantidade incrível de água teria fluído para esses lagos por milhões a dezenas de milhões de anos quentes e úmidos, dizem alguns cientistas. Mas algumas características geológicas da cratera também sugerem um passado que incluía condições frias e geladas.

"Em algum momento, o ambiente da superfície de Marte deve ter passado por uma transição de quente e úmido para frio e seco, como é agora, mas exatamente quando e como isso ocorreu ainda é um mistério", diz Heather Franz, geoquímica da NASA baseada no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.

Franz, que liderou o estudo do SAM, observa que fatores como mudanças na obliquidade de Marte e a quantidade de atividade vulcânica poderiam ser os responsáveis pela alternância no clima marciano de quente a frio ao longo do tempo. Esta ideia é apoiada por mudanças químicas e mineralógicas encontradas nas rochas marcianas, mostrando que algumas camadas se formaram em ambientes mais frios e outras se formaram em ambientes mais quentes.

De qualquer forma, diz Franz, o conjunto de dados coletados pelo Curiosity até agora sugere que a equipe está vendo evidências de mudanças climáticas marcianas registradas em rochas.

Carbono e oxigênio na história climática de Marte

A equipe de Franz encontrou evidências de um ambiente frio no passado depois que o laboratório do SAM extraiu os gases dióxido de carbono (CO2) e oxigênio de 13 amostras de poeira e rocha. O Curiosity coletou essas amostras ao longo de cinco anos.

O CO2 é uma molécula de um átomo de carbono ligado a dois átomos de oxigênio, sendo o carbono uma testemunha chave no caso do misterioso clima marciano. De fato, esse elemento simples, porém versátil, é tão crítico quanto a água na busca pela vida em outros lugares. Na Terra, o carbono flui continuamente através do ar, da água e da superfície em um ciclo bem compreendido que depende da vida. Por exemplo, as plantas absorvem carbono da atmosfera na forma de CO2. Em troca, eles produzem oxigênio, que os seres humanos e a maioria das outras formas de vida usam para a respiração em um processo que termina com a liberação de carbono de volta ao ar, novamente via CO2, ou na crosta terrestre, à medida que as formas de vida morrem e são enterradas.

Este gráfico mostra o ciclo do carbono entre o interior marciano, rochas superficiais, calotas polares, águas e atmosfera e também descreve um mecanismo pelo qual ele é perdido na atmosfera. Créditos: Lance Hayashida / Caltech

Os cientistas estão descobrindo que também há um ciclo de carbono em Marte e estão trabalhando para entendê-lo. Com pouca água ou vida útil da superfície abundante no planeta vermelho nos últimos 3 bilhões de anos, o ciclo do carbono é muito diferente do da Terra.

"No entanto, o ciclo do carbono ainda está acontecendo e ainda é importante porque não está apenas ajudando a revelar informações sobre o clima antigo de Marte", diz Paul Mahaffy , pesquisador principal do SAM e diretor da Divisão de Exploração do Sistema Solar da NASA Goddard. "Também está nos mostrando que Marte é um planeta dinâmico que circula elementos que são os blocos de construção da vida como a conhecemos."

Depois que o Curiosity forneceu amostras de rocha e poeira no SAM, o laboratório aqueceu cada uma a quase 900 graus Celsius para liberar os gases internos. Observando as temperaturas do forno que liberavam CO2 e oxigênio, os cientistas podiam dizer de que tipo de minerais os gases vinham. Esse tipo de informação ajuda a entender como o carbono está circulando em Marte.

Vários estudos têm sugerido que a atmosfera antiga de Marte, contendo principalmente CO2, pode ter sido mais espessa que a da Terra é hoje. A maior parte foi perdida no espaço, mas algumas podem ser armazenadas em rochas na superfície do planeta, principalmente na forma de carbonatos, que são minerais feitos de carbono e oxigênio. Na Terra, os carbonatos são produzidos quando o CO2 do ar é absorvido nos oceanos e em outros corpos de água e depois mineralizado em rochas. Os cientistas acham que o mesmo processo aconteceu em Marte e que isso poderia ajudar a explicar o que aconteceu com a atmosfera marciana.

No entanto, as missões a Marte não encontraram carbonatos suficientes na superfície para suportar uma atmosfera espessa.

No entanto, os poucos carbonatos que o SAM detectou revelaram algo interessante sobre o clima marciano através dos isótopos de carbono e oxigênio armazenados neles. Isótopos são versões de cada elemento que possuem massas diferentes. Como diferentes processos químicos, da formação rochosa à atividade biológica, usam esses isótopos em diferentes proporções, as proporções de isótopos pesados ​​para leves em uma rocha fornecem aos cientistas pistas sobre como a rocha se formou.

Em alguns carbonatos encontrados pelo SAM, os cientistas notaram que os isótopos de oxigênio eram mais leves que os da atmosfera marciana. Isso sugere que os carbonatos não se formaram há muito tempo simplesmente a partir do CO2 atmosférico absorvido em um lago. Se tivessem, os isótopos de oxigênio nas rochas teriam sido um pouco mais pesados ​​que os do ar.

Embora seja possível que os carbonatos tenham se formado muito cedo na história de Marte, quando a composição atmosférica era um pouco diferente da atual, Franz e seus colegas sugerem que os carbonatos provavelmente se formaram em um lago congelante. Nesse cenário, o gelo poderia ter sugado isótopos pesados ​​de oxigênio e deixado os mais leves para formar carbonatos posteriormente. Outros cientistas do Curiosity também apresentaram evidências sugerindo que lagos cobertos de gelo poderiam existir na Cratera Gale.

Então, onde está todo o carbono?

A baixa abundância de carbonatos em Marte é intrigante, dizem os cientistas. Se não houver muitos desses minerais na Cratera Gale, talvez a atmosfera inicial tenha sido mais fina do que o previsto. Ou talvez algo mais esteja armazenando o carbono atmosférico ausente.

Com base em suas análises, Franz e seus colegas sugerem que algum carbono possa ser sequestrado em outros minerais, como oxalatos, que armazenam carbono e oxigênio em uma estrutura diferente da dos carbonatos. Sua hipótese é baseada nas temperaturas em que CO2 foi lançado a partir de algumas amostras dentro SAM - muito baixo para carbonatos, mas correto para oxalatos - e sobre as diferentes proporções de carbono e isótopos de oxigênio que os cientistas viram nos carbonatos.

Esta imagem animada mostra um modelo 3D de uma molécula de carbonato ao lado de um modelo 3D de uma molécula de oxalato. O carbonato é feito de um átomo de carbono ligado a três átomos de oxigênio. O oxalato é constituído por dois átomos de carbono ligados a quatro átomos de oxigênio.

Créditos: James Tralie / NASA / Goddard Space Flight Center

Os oxalatos são o tipo mais comum de mineral orgânico produzido pelas plantas na Terra. Mas oxalatos também podem ser produzidos sem biologia. Uma maneira é através da interação do CO2 atmosférico com os minerais da superfície, a água e a luz solar, em um processo conhecido como fotossíntese abiótica. Esse tipo de química é difícil de encontrar na Terra, porque há vida abundante aqui, mas a equipe de Franz espera criar fotossíntese abiótica no laboratório para descobrir se realmente pode ser responsável pela química do carbono que eles estão vendo na Cratera Gale.

Na Terra, a fotossíntese abiótica pode ter aberto o caminho para a fotossíntese entre algumas das primeiras formas microscópicas de vida, e é por isso que encontrá-la em outros planetas interessa aos astrobiólogos.

Mesmo que a fotossíntese abiótica prenda algum carbono da atmosfera nas rochas da Cratera Gale, Franz e seus colegas gostariam de estudar o solo e poeira de diferentes partes de Marte para entender se os resultados da Cratera Gale refletem uma imagem global. Eles podem um dia ter a chance de fazê-lo. O veículo espacial Perseverance Mars da NASA, que deve ser lançado em Marte entre julho e agosto de 2020, planeja embalar amostras na Cratera Jezero para possível retorno aos laboratórios da Terra. 

Fonte: NASA