jueves, 9 de agosto de 2012

SAM y los percloratos: las dificultades en el análisis de compuestos orgánicos en Marte


El pasado 6 de agosto el Mars Science Laboratory “Curiosity” se posaba suavemente sobre la superficie de Marte portando diez instrumentos científicos con capacidades nunca vistas en la exploración planetaria. Siendo todos importantes, el equipo estrella es el Sample Analysis at Mars (SAM), una combinación de cromatógrafo de gases, espectrómetro de masas y espectroscopio láser ajustable combinados con un sistema completo de preparación de muestras y sistemas de calibración. El SAM es el encargado de detectar componentes orgánicos en la superficie marciana. Para ello vaporizará muestras de polvo y roca a temperaturas de 1000 ºC y analizará los volátiles resultantes. Sin embargo, un descubrimiento realizado en 2008 puede que haga que los resultados obtenidos por SAM no sean todo lo significativos que nos gustaría. Y es que en la superficie de Marte existen percloratos.

Percloratos de Marte

En junio de 2008 el Wet Chemistry Laboratory a bordo de la sonda Phoenix realizó el primer análisis húmedo del suelo marciano [1] . Los análisis, efectuados en tres muestras, dos de la superficie y otra tomada a 5 cm de profundidad, pusieron de manifiesto que el suelo era ligeramente básico y que contenía bajos niveles de sales típicas de la Tierra. La sorpresa fue encontrar aproximadamente un 0,6% en peso de perclorato (ClO4-) lo más probable en forma de Mg(ClO4)2.

La posibilidad de que el perclorato fuese un contaminante traído desde la Tierra fue descartada. Los retrocohetes de la Phoenix usaron hidrazina ultrapura (al igual que los de la etapa de descenso de Curiosity) y propelentes de lanzamiento a base de perclorato de amonio. Ninguno de los sistemas de la Phoenix encontró resto ninguno de amonio, por lo que el perclorato encontrado era marciano.

Anteriormente a este resultado, en 2006, se propuso un mecanismo para la formación de percloratos en suelos ricos en sales en los que los cloruros se convertían en percloratos por la acción de la radiación ultravioleta (que se piensa que es particularmente importante en la superficie marciana, algo que comprobará REMS, otro equipo a bordo de Curiosity). En 2010 se encontraron percloratos en una amplia zona de la Antártida a nivel de ppm (partes por millón); las circunstancias del descubrimiento implicarían que los percloratos se forman naturalmente y de forma global en la Tierra y, probablemente, en Marte.

Resultados contradictorios de las Viking

Ya hemos explicado en otra parte que Curiosity, a diferencia de las sondas Viking, no tiene como misión encontrar vida. Efectivamente, Curiosity no tiene ningún experimento que pueda detectarla. No así las Viking: en 1976 mezclaron suelo marciano con una disolución nutritiva radioactiva y, posteriormente, detectaron la emisión de gas radioactivo, lo que sugería la presencia de actividad microbiana. Sin embargo, otro experimento de las mismas sondas no encontró compuestos orgánicos, de lo que se concluía que, por extensión, no había microbios.

Estos datos contradictorios llevaron a la mayoría de los científicos a dar el primer resultado como erróneo. Pero no es tan sencillo: aún cuando no existiese vida en Marte el planeta tendría que estar repleto (entiéndase en términos químico-analíticos) de compuestos orgánicos; se estima que cada año marciano llegan al planeta 240 toneladas de ellos a bordo de meteoritos.

Una posible solución al enigma estaría en que la superficie marciana contiene óxidos metálicos que tienen propiedades fotocatalíticas; conforme la radiación ultravioleta choca con estas partículas genera especies que reaccionan y destruyen los compuestos orgánicos. Esta hipótesis tiene sus limitaciones, sobre todo para las muestras tomadas a 5 cm de profundidad. Una más reciente, y mucho más relevante para los análisis que efectuará el SAM, es que los compuestos orgánicos se oxidaron accidentalmente durante el procesado de la muestra a resultas de la presencia de percloratos.

SAM y los percloratos

Existen estudios experimentales que apoyan la hipótesis de los percloratos. Quizás el más significativo fue el llevado a cabo en 2010 [2]. A una muestra de suelo del desierto de Atacama se le añadió una pequeña cantidad de perclorato. Tras calentar la muestra a 500ºC (misma temperatura que el horno de las Viking) los investigadores encontraron que los compuestos orgánicos presentes habían sido destruidos por oxidación. No sólo eso, la destrucción llevaba a la emisión de clorometano y, en menor medida, diclorometano, que fueron detectados por las sondas Viking y que, tradicionalmente, se han venido atribuyendo a contaminación por productos de limpieza antes del despegue.

La idea de que los percloratos son los responsables del resultado contradictorio de las Viking es muy sugerente. Apoya la idea, que algunos mantienen desde 1976, de que las Viking efectivamente encontraron vida microbiana (después de ellas ninguna sonda ha llevado un experimento similar para confirmarlo o desmentirlo). Por otra parte, sugiere que Curiosity va a tener los mismos resultados anómalos porque también usará calentamiento como forma de extracción de volátiles de las muestras, cuyos componentes orgánicos estarán sujetos a la acción de los percloratos.

¿Y ahora qué?

La presencia de percloratos puede afectar de forma significativa a los resultados de los análisis. Sin embargo, la capacidad analítica combinada de SAM es enorme, por lo que debería de ser capaz de discriminar si se está produciendo una interferencia por la presencia de percloratos. En caso de que sea así, lamentablemente, sólo quedará especular con mecanismos de reacción que den los productos detectados para poder deducir con un margen de error no despreciable, en vez de medir, qué compuestos orgánicos hay presentes, de haberlos.

Por otra parte, la capacidad de excavación de Curiosity podrá acceder a muestras menos sometidas a radiación y, por tanto, menos afectadas por la presencia de percloratos, y comparar sus resultados con los de las muestras de superficie.

Una consideración final: aún cuando Curiosity encuentre compuestos orgánicos no podrá establecer si tienen un origen biológico. Lo que sea vida en la Tierra puede que no lo sea en Marte, después de todo.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVII Edición del Carnaval de Química que acoge Un geólogo en apuros.


Referencias:

[1] Hecht MH, Kounaves SP, Quinn RC, West SJ, Young SM, Ming DW, Catling DC, Clark BC, Boynton WV, Hoffman J, Deflores LP, Gospodinova K, Kapit J, & Smith PH (2009). Detection of perchlorate and the soluble chemistry of martian soil at the Phoenix lander site. Science (New York, N.Y.), 325 (5936), 64-7 PMID: 19574385

[2] Rafael Navarro-González, Edgar Vargas, José de la Rosa, Alejandro C. Raga, & Christopher P. McKay (2010). Reanalysis of the Viking results suggests perchlorate and organics at midlatitudes on Mars JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, 115 DOI: 10.1029/2010JE003599

9 comentarios:

Anónimo dijo...

Impresionante artículo. Gracias.

Anónimo dijo...

A sus pies Don César¡Espectacular!

Quique (eroyuela)

Alb dijo...

Resumiendo.... un poco de lejía no ha impedido encontrar vida.

Nahum dijo...

César, tu artículo, claro como el agua. Y creo que has elegido un buen momento para hablar de la capacidad analítica del Curiosity, puesto que por las noticias que se escuchan parece que lo que vaya a hacer es buscar vida en la actualidad.

Además, ayer apuntaron, no hablando sobre el SAM, pero si sobre las imágenes (pero viene "al pelo") y es que si se descubriera algo "extraordinario" (extraordinario es porque una periodista preguntó que si encontraban estromatolitos o algún tipo de fósil muy claro si iban a ocultar las imágenes) afirmaron que los datos estarían igual de públicos que todos los demás PERO ellos tardarían un tiempo indefinido en realizar cualquier tipo de pronunciamiento, independientemente de la presión que hubiese.

Y no dudo de la capacidad analítica del SAM, pero entiendo que un dispositivo tan sumamente complejo tiene algunas limitaciones y requiere un proceso de calibrado bastante importante para entender los resultados.

Así que esperaremos que tal funcionan los primeros análisis, tanto de suelo superficial como excavado, y ver cuales son los resultados, a ver si tenemos sorpresas o des-sorpresas.

Rabastan dijo...

Bien, supongamos que Curiosity encuentra material orgánico en el subsuelo marciano donde está menos expuesto a la radiación. Ese hecho combinado con el resultado de las Viking ¿no mantendría la posibilidad de vida en Marte en al menos "probable"?

Rabastan dijo...

Bien, supongamos que Curiosity encuentra material orgánico en el subsuelo marciano donde está menos expuesto a la radiación. Ese hecho combinado con el resultado de las Viking ¿no mantendría la posibilidad de vida en Marte en al menos "probable"?

César dijo...

Gracias por los comentarios.

@Rabastan Salvo sucesos completamente extraordinarios, los hallazgos de Curiosity no alterarán la probabilidad de existencia de vida. Lo que encuentre el MSL nos dirá si el entorno del cráter Gale es o ha sido habitable y nada más.

El lenguaje es muy importante porque su uso descuidado puede llevarnos a confusiones graves. Una cosa son "compuestos" orgánicos y otra "material" orgánico. Los compuestos orgánicos son moléculas basadas en carbono que no tienen en absoluto que tener origen biológico. Así, por ejemplo, se han detectado muchas de ellas en el espacio interestelar, algunas muy complejas, pero a nadie se le ocurre que se originasen por un proceso biológico. Material orgánico, por su parte, indicaría productos de procedencia biológica y es algo que Curiosity no puede discriminar ya que sus equipos son de análisis químico cuantitativo. Curiosity no lleva ningún experimento biológico. A priori, por tanto, ningún resultado de Curiosity alterará las probabilidades de "existencia" de vida en Marte que ya existen puesto que sólo disponemos de modelos terrícolas no necesariamente aplicables a Marte.

Finalmente, los resultados de las Viking siguen en cuarentena. Dependiendo de lo que encuentre Curiosity, quizás la próxima misión a Marte incluya algún tipo de análisis biológico mucho más afinado que confirmará o desmentirá definitivamente esos resultados o, directamente, buscará otro tipo de biología.

Alb dijo...

El viking realizó un analisis biologico, que dio positivo y uno quimico que dio negativo.

El curiosity repetirá el que dio negativo.

¿No seria mas lógico e interesante repetir el que dio positivo?

fernando beltran dijo...

Gracias César. Ha sido un placer leer tu síntesis sobre lo que los experimentos de Curiosity puede ofrecernos.