viernes, 7 de agosto de 2009

La inexplicable distribución del metano en Marte y lo que eso puede significar para la vida basada en carbono.


Desde el descubrimiento de su presencia en la atmósfera de Marte, el metano ha sido un misterio cuya fuente (ya sea de origen biológico o geológico) no se termina de dilucidar. Las variaciones, de las que se informaba no hace mucho, de la concentración del metano atmosférico son difíciles de explicar con modelos numéricos tridimensionales de la atmósfera que incluyan los procesos físicos y químicos conocidos. En un artículo publicado esta semana en Nature, Frank Lefèvre y François Forget de la Universidad Pierre y Marie Curie – París 06 (Francia) presentan un estudio en el que se analizan las implicaciones de las concentraciones de metano observadas en Marte y su variabilidad. Concluyen que es necesario que haya tanto una intensa fuente localizada de metano como un mecanismo de destrucción del metano que sea mucho más eficiente que los procesos atmosféricos conocidos que son capaces de destruirlo. Además, si esta destrucción eficiente de metano sólo ocurre cerca de la superficie, ello implicaría que el entorno para las moléculas orgánicas sería extremadamente hostil.

La atmósfera marciana está compuesta principalmente de CO2 (95%), siendo el resto básicamente nitrógeno y argón. El metano se descubrió que estaba entre los componentes a nivel de traza en 2004 en observaciones tanto del Espectrómetro de Fourier Planetario (PFS, por sus siglas en inglés) a bordo de la Mars Express [2] como de telescopios terrestres [3]. Estas observaciones también indicaban que la distribución de metano no era uniforme en el planeta.

Mediciones más exhaustivas de las concentraciones de metano han confirmado que el metano atmosférico no está distribuido uniformemente y pusieron de manifiesto picos locales que también variaban con el paso de las estaciones en Marte [4]. Este descubrimiento inesperado sorprendió a la comunidad científica, ya que la hipótesis de trabajo sobre la fotoquímica de la atmósfera marciana implica una vida del metano de más de 300 años terrestres, lo que es suficiente para nivelar por circulación cualquier pico local de concentración que pudiese existir, lo que resultaría en una distribución global uniforme.

Lefèvre y Forget usan un modelo dinámico global en tres dimensiones de la atmósfera marciana que tiene en cuenta los procesos conocidos actualmente tanto físicos como químicos (incluidos fotoquímicos), para estudiar la evolución del metano atmosférico. Con este modelo la única variación en las concentraciones de metano que encuentran inicialmente es la conocida variación global causada por el ciclo de condensación-sublimación del CO2; cuando el CO2 condensa en el Polo Sur durante el invierno meridional otros componentes atmosféricos aumentan su porcentaje en la composición de la atmósfera, incluyendo el metano.

Para intentar reproducir el aumento local recientemente observado y la variación estacional de los niveles de metano, los autores introducen una fuente local y temporal de metano en la posición donde se ha detectado un pico (en Syrtis Major, alrededor de 10ºN, 50ºE). Se establece que la fuente está activa durante 60 días marcianos por año marciano, durante el verano septentrional. La cantidad total de metano que emite la fuente se limita para que se ajuste a la que desaparece de la atmósfera en un año marciano. Pero esto depende de la vida atmosférica del metano. En el modelo habitual, como mencionábamos arriba, son las reacciones fotoquímicas las únicas responsables de la desaparición del metano y su tiempo de vida en la atmósfera excede los 300 años terrestres, 330 para ser precisos. En estas condiciones, se encuentra que la fuente no tiene capacidad suficiente para provocar un pico local detectable de metano.

Los autores realizaron un conjunto de simulaciones con valores variables de la vida atmosférica del metano. La cantidad total de metano producido por la fuente local se mantuvo igual a la pérdida en un año marciano determinada por la vida seleccionada. Una vida más corta significa que el metano se destruye más rápidamente y, por tanto, requiere una fuente más potente para compensar. Se compararon tres tipos de fuente: continua, activa durante 60 y activa durante 120 días marcianos del año marciano.

Para reproducir el aumento local a los niveles detectados en la región de Syrtis Major es necesaria la combinación [en la imagen] de un descenso en la vida atmosférica del metano en un factor de ~600 (de más de 300 años terrestres a alrededor de 200 días terrestres) y una fuente periódica 600 veces más fuerte que la que se supone en el modelo habitual.

La vida mucho más corta implica un mecanismo de destrucción del metano muy eficiente. No se conoce ningún mecanismo atmosférico que elimine metano de la atmósfera lo suficientemente eficiente para actuar como sumidero con la capacidad necesaria, sin entrar en conflicto con los valores observados de los otros componentes. Es necesario un proceso que está aún por identificar. Un mecanismo que los autores discuten como posibilidad es uno en el que metano se oxida en la interfase con el suelo marciano. Dado que en este proceso el metano sólo se destruiría en un volumen limitado a las proximidades del suelo es necesaria una vida del metano aún más corta en las cercanías de la superficie, del orden de una hora. Si esto se confirmase la superficie de Marte sería un ambiente extremadamente hostil para la supervivencia de los compuestos orgánicos.

Lectura recomendada: Un microbio terrestre que podría vivir en Marte.

Referencias:

[1]

Lefèvre, F., & Forget, F. (2009). Observed variations of methane on Mars unexplained by known atmospheric chemistry and physics Nature, 460 (7256), 720-723 DOI: 10.1038/nature08228

[2]

Formisano, V. (2004). Detection of Methane in the Atmosphere of Mars Science, 306 (5702), 1758-1761 DOI: 10.1126/science.1101732

[3]

KRASNOPOLSKY, V., MAILLARD, J., & OWEN, T. (2004). Detection of methane in the martian atmosphere: evidence for life? Icarus, 172 (2), 537-547 DOI: 10.1016/j.icarus.2004.07.004

[4]

Mumma, M., Villanueva, G., Novak, R., Hewagama, T., Bonev, B., DiSanti, M., Mandell, A., & Smith, M. (2009). Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003 Science, 323 (5917), 1041-1045 DOI: 10.1126/science.1165243