Um novo estudo mostra que a espessa atmosfera inicial de Marte pode estar presa na superfície argilosa do planeta.
Marte nem sempre foi o deserto frio que vemos hoje. Há cada vez mais evidências de que a água já fluiu na superfície do Planeta Vermelho, há bilhões de anos. E se havia água, também devia haver uma atmosfera espessa para evitar que a água congelasse. Mas há cerca de 3,5 mil milhões de anos, a água secou e o ar, outrora carregado de dióxido de carbono, tornou-se dramaticamente mais rarefeito, deixando apenas um resquício de atmosfera que hoje se mantém no planeta.
Para onde exatamente foi a atmosfera de Marte? Esta questão tem sido um mistério central na história de 4,6 mil milhões de anos de Marte.
Para dois geólogos do MIT, a resposta pode estar na argila do planeta. Num artigo publicado hoje em Avanços da Ciênciaeles propõem que grande parte da atmosfera desaparecida de Marte poderia estar presa na crosta coberta de argila do planeta.
A equipe argumenta que, embora a água estivesse presente em Marte, o líquido poderia ter escoado através de certos tipos de rocha e desencadeado uma lenta cadeia de reações que progressivamente retirou o dióxido de carbono da atmosfera e o converteu em metano – uma forma de carbono que poderiam ser armazenados por eras na superfície argilosa do planeta.
Processos semelhantes ocorrem em algumas regiões da Terra. Os investigadores usaram o seu conhecimento das interações entre rochas e gases na Terra e aplicaram-no à forma como processos semelhantes poderiam ocorrer em Marte. Eles descobriram que, dada a quantidade estimada de argila que cobre a superfície de Marte, a argila do planeta poderia conter até 1,7 bar de dióxido de carbono, o que seria equivalente a cerca de 80% da atmosfera inicial do planeta.
É possível que este carbono marciano sequestrado possa um dia ser recuperado e convertido em propulsor para abastecer futuras missões entre Marte e a Terra, propõem os investigadores.
“Com base nas nossas descobertas na Terra, mostramos que processos semelhantes provavelmente ocorreram em Marte e que grandes quantidades de CO atmosférico2 poderia ter se transformado em metano e sido sequestrado em argilas”, diz o autor do estudo Oliver Jagoutz, professor de geologia no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT. “Este metano ainda pode estar presente e talvez até ser usado como fonte de energia em Marte no futuro.”
O principal autor do estudo é o recém-formado pela EAPS, Joshua Murray PhD ’24.
Nas dobras
O grupo de Jagoutz no MIT procura identificar os processos geológicos e as interações que impulsionam a evolução da litosfera da Terra – a camada externa dura e quebradiça que inclui a crosta e o manto superior, onde se encontram as placas tectônicas.
Em 2023, ele e Murray se concentraram em um tipo de mineral argiloso de superfície chamado esmectita, que é conhecido por ser uma armadilha altamente eficaz para carbono. Dentro de um único grão de esmectita há uma infinidade de dobras, dentro das quais o carbono pode permanecer intacto por bilhões de anos. Eles mostraram que a esmectita na Terra era provavelmente um produto da atividade tectônica e que, uma vez expostos à superfície, os minerais argilosos agiam para extrair e armazenar dióxido de carbono da atmosfera suficiente para resfriar o planeta ao longo de milhões de anos.
Logo depois que a equipe relatou seus resultados, Jagoutz olhou para um mapa da superfície de Marte e percebeu que grande parte da superfície daquele planeta estava coberta pelas mesmas argilas esmectitas. Poderiam as argilas ter tido um efeito semelhante de retenção de carbono em Marte e, em caso afirmativo, quanto carbono as argilas poderiam reter?
“Sabemos que este processo acontece e está bem documentado na Terra. E estas rochas e argilas existem em Marte”, diz Jagoutz. “Então, queríamos tentar conectar os pontos.”
“Cada canto e recanto”
Ao contrário da Terra, onde a esmectita é uma consequência do deslocamento e elevação das placas continentais para trazer as rochas do manto para a superfície, não existe tal atividade tectônica em Marte. A equipe procurou maneiras pelas quais as argilas poderiam ter se formado em Marte, com base no que os cientistas sabem sobre a história e composição do planeta.
Por exemplo, algumas medições remotas da superfície de Marte sugerem que pelo menos parte da crosta do planeta contém rochas ígneas ultramáficas, semelhantes às que produzem esmectitas através do intemperismo na Terra. Outras observações revelam padrões geológicos semelhantes aos dos rios e afluentes terrestres, onde a água poderia ter fluído e reagido com a rocha subjacente.
Jagoutz e Murray questionaram-se se a água poderia ter reagido com as rochas ultramáficas profundas de Marte de uma forma que produziria as argilas que cobrem a superfície hoje. Eles desenvolveram um modelo simples de química das rochas, baseado no que se sabe sobre como as rochas ígneas interagem com seu ambiente na Terra.
Eles aplicaram este modelo a Marte, onde os cientistas acreditam que a crosta é composta principalmente de rocha ígnea rica no mineral olivina. A equipa utilizou o modelo para estimar as mudanças que as rochas ricas em olivina poderiam sofrer, assumindo que existia água na superfície há pelo menos mil milhões de anos e que a atmosfera estava repleta de dióxido de carbono.
“Neste momento da história de Marte, pensamos que o CO2 está em toda parte, em todos os cantos e recantos, e a água que se infiltra nas rochas está cheia de CO2 também”, diz Murray.
Ao longo de cerca de mil milhões de anos, a água que escorria através da crosta teria reagido lentamente com a olivina – um mineral rico numa forma reduzida de ferro. As moléculas de oxigênio na água teriam se ligado ao ferro, liberando hidrogênio e formando o ferro vermelho oxidado que dá ao planeta sua cor icônica. Este hidrogénio livre teria então combinado com o dióxido de carbono na água, para formar metano. À medida que esta reação progrediu ao longo do tempo, a olivina teria lentamente se transformado em outro tipo de rocha rica em ferro conhecida como serpentina, que então continuou a reagir com a água para formar esmectita.
“Essas argilas esmectitas têm muita capacidade de armazenar carbono”, diz Murray. “Então usamos o conhecimento existente sobre como esses minerais são armazenados nas argilas da Terra e extrapolamos para dizer: se a superfície marciana contém tanta argila, quanto metano você pode armazenar nessas argilas?”
Ele e Jagoutz descobriram que se Marte estiver coberto por uma camada de esmectita com 1.100 metros de profundidade, essa quantidade de argila poderia armazenar uma enorme quantidade de metano, equivalente à maior parte do dióxido de carbono na atmosfera que se acredita ter desaparecido desde o planeta secou.
“Descobrimos que as estimativas dos volumes globais de argila em Marte são consistentes com uma fração significativa do CO inicial de Marte.2 sendo sequestrados como compostos orgânicos dentro da crosta rica em argila”, diz Murray. “De certa forma, a atmosfera desaparecida de Marte pode estar escondida à vista de todos.”
“Onde o CO2 surgiu de uma atmosfera primitiva e mais espessa é uma questão fundamental na história da atmosfera de Marte, no seu clima e na habitabilidade por micróbios”, diz Bruce Jakosky, professor emérito de geologia da Universidade do Colorado e investigador principal da Atmosfera de Marte e Missão Volatile Evolution (MAVEN), que orbita e estuda a atmosfera superior de Marte desde 2014. Jakosky não esteve envolvido no estudo atual “Murray e Jagoutz examinam a interação química das rochas com a atmosfera como forma de remover CO2. No limite máximo das nossas estimativas de quanto de intemperismo ocorreu, este poderia ser um processo importante na remoção de CO2 da atmosfera primitiva de Marte.”
