Los niveles de metano atmosférico en Marte varían según las estaciones, con máximos a finales del verano en el hemisferio norte y del invierno en el sur, según confirman las mediciones realizadas por el rover Curiosity en el cráter Gale durante cinco años. La fuente de este gas, que en la Tierra producen habitualmente los seres vivos, sigue siendo un misterio, aunque se podría estar liberando desde cristales hidratados del subsuelo marciano.

La mayor parte del gas metano que hay en la Tierra tiene un origen biológico, pero se desconoce de dónde procede el detectado en la atmósfera de Marte desde hace casi 20 años. Se han propuesto varias teorías, como su formación por parte de seres vivos (metanogénesis), la degradación de compuestos orgánicos por rayos ultravioleta o interacciones químicas entre el agua y las rocas. 

Ahora, un equipo internacional de investigadores liderado desde el Jet Propulsion Laboratory de la NASA y en el que participa el Centro de Astrobiología (CAB, centro mixto CSIC-INTA), presenta por primera vez la detección de un ciclo estacional en las concentraciones de metano marciano.

El estudio, publicado esta semana en Science, se ha realizado durante cinco años con el espectrómetro TLS-SAM (Tunable Laser Spectrometer - Sample Analysis at Mars) a bordo del rover Curiosity de la NASA, que se encuentra en el cráter Gale desde agosto de 2012.

Se presenta por primera vez la detección de un ciclo estacional en las concentraciones del metano marciano, con picos a finales del verano o invierno según el hemisferio

La concentración promedio de metano detectada por TLS-SAM en la atmósfera es muy baja, de alrededor de 0,4 ppb (partes por billón), aunque oscila entre 0,24 y 0,65 ppb. Se ha observado una fuerte y repetida variabilidad estacional, que alcanza niveles mínimos en los solsticios, y máximos a finales del verano en el hemisferio norte y cuando acaba el invierno en el hemisferio sur.

Los modelos actuales no son capaces de explicar a qué se debe esta variabilidad estacional, pero los autores han podido descartar numerosas fuentes potenciales y sugieren que grandes cantidades de metano pueden estar almacenadas en el subsuelo marciano en cristales hidratados llamados clatratos. Los cambios estacionales en la temperatura podrían causar la liberación fluctuante del gas.

Daniel Viúdez, coautor del trabajo e investigador del CAB, explica que una de las más teorías más aceptadas es la emisión de metano por clatratos: “Hace millones de años, grandes cantidades de metano quedarían atrapadas en el subsuelo bajo ciertas condiciones en estos compuestos que, con el cambio a las condiciones presentes de Marte, se habrían vuelto inestables, y estarían liberando lentamente el gas atrapado en el pasado”.

En esta línea, Curiosity seguirá realizando mediciones, que serán complementadas desde órbita por la reciente llegada de la misión Exomars-TGO (Trace Gas Orbiter) de la Agencia Espacial Europea (ESA). Este orbitador tiene la mayor sensibilidad para detectar metano de cualquier instrumento enviado a Marte hasta la fecha, y acaba de posicionarse en su órbita de trabajo, a 400 km sobre la superficie, para comenzar a observar a escala planetaria la presencia, difusión, desaparición de moléculas que están en cantidades muy pequeñas, como el metano. Los científicos confían obtener resultados y descubrir la fuente del metano marciano en los próximos años.

Observaciones sorprendentes de Curiosity

Para María Paz Zorzano, también coautora del trabajo e investigadora del CAB, “las observaciones del Curiosity son extraordinarias y sorprendentes. Después de más de cinco años de operación en la superficie de Marte encontramos pequeñas concentraciones de metano siempre que medimos. Y aún más sorprendente es que su variación anual tenga cierta relación con algunas variables atmosféricas, sugiriendo que existe un proceso físico-químico activo en la actualidad, que no ha sido descrito hasta la fecha”.

Grandes cantidades de metano podrían estar almacenadas en cristales clatratos del subsuelo, liberándose con los cambios de temperatura a lo largo de las estaciones

Con el fin de entender el origen del metano, se ha intentado relacionar las detecciones de TLS-SAM con variables atmosféricas medidas por otro instrumento del rover, el instrumento español REMS, cuyo Investigador Principal es Javier Gómez Elvira, coautor y miembro del CAB.

REMS (Rover Environmental Monitoring Station) es una estación medioambiental desarrollada en el CAB, que lleva midiendo desde el 2012 diferentes variables atmosféricas en el cráter Gale: la velocidad y dirección del viento, la presión atmosférica, la temperatura del aire, la temperatura del suelo, la humedad relativa y el nivel de radiación ultravioleta en la superficie.

Otro coautor e investigador del CAB, Jorge Pla-García, ha contrastado los modelos atmosféricos con los datos. Según indica, “la buena concordancia simulaciones-observaciones nos da la confianza para utilizar el modelo a la hora de investigar, tanto el entorno meteorológico de toda la región del cráter Gale, como la evolución del metano detectado por TLS-SAM”.

Estas correlaciones han permitido acotar la ubicación de la fuente de emisión del metano, pero se necesitará una mayor cantidad de datos para poder entender el origen y la química del metano marciano.

Material orgánico antiguo

En el mismo número de la revista Science aparece otro artículo, coordinado desde el Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, donde sus autores informan que han encontrado materiales orgánicos (como tiofeno, metanotiol y dimetilsulfuro) en arcillas marcianas de hace 3.000 millones de años que recuerdan a las rocas sedimentarias ricas en compuestos orgánicos que se encuentra en la Tierra.

El ciclo estacional del metano en Marte

Crédito: NASA / JPL-Caltech

Formas en las que el metano del subsuelo marciano podría llegar a la superficie, donde su absorción y liberación podría producir una gran variación estacional en la atmósfera como la observada por Curiosity. Las posibles fuentes podrían ser la metanogénesis, la degradación de los compuestos orgánicos por luz ultravioleta o interacciones químicas entre el agua y las rocas; y sus pérdidas incluyen la fotoquímica atmosférica y reacciones superficiales. Gráfico referido a estaciones del hemisferio norte con datos procedentes del instrumento TLSSAM de Curiosity durante tres años marcianos (casi 5 años terrestres).