La geología del cráter Jezero

A petición de Mario (@inoportuno en Twitter), la semana pasada, coincidiendo con la llegada del Perseverance a Marte, escribimos un hilo en Twitter resumiendo un poco la geología del cráter Jezero, lugar donde ha aterrizado la misión, y destacando los puntos más importantes sobre por qué se ha elegido este lugar y no otro de Marte.

A petición de @inoportuno vamos hoy a hablar de la geología del cráter Jezero, el lugar donde ha aterrizado el rover Perseverance. ¡Abrimos hilo 🧵!

— Un geólogo en apuros (@geologoenapuros) February 21, 2021

Puesto que el hilo era muy largo y es difícil de leer, Jorge (@lithospheric en Twitter), pensó que era una mejor idea escribirlo en formato blog, y desde luego que tienen razón. Así que aprovecho desde aquí para darles las gracias a ambos por las ideas magníficas que han tenido.

No pretende ser un hilo extremadamente detallado sobre la geología, pero si sobre por qué es importante el cráter Jezero en el contexto de una misión geológica y astrobiológica. Al final del artículo se incluye una detallada bibliografía para quien quiera profundizar en la historia del cráter.

El cráter Jezero es un cráter de impacto que tiene unos 45 kilómetros de diámetro y que se encuentra aproximadamente sobre las coordenadas 18.38ºN y 77.58ºE en el límite de Isidis Planitia, una gigantesca cuenca de impacto de unos 1500 kilómetros de diámetro.

Precisamente, Isidis Planitia es la última de las grandes cuencas de impacto que encontramos en Marte, y se formó aproximadamente entre hace ~3900 (Ritzer et. Al (2009)) y ~3800 (Frey (2008)) millones de años. Estas grandísimas cuencas de impacto estarían formadas por el choque de grandes cuerpos contra la superficie de Marte.

NOTA: Veréis que a lo largo del artículo hablaremos algo de cronologías, a veces distintas, unas veces absolutas (con números) y otras relativas (viendo quien se depositó antes y quien después), ya que esto será fundamental para comprender mejor la historia del cráter Jezero.

El nombre de Jezero proviene de la ciudad de Jezero, en Bosnia y Herzegovina. En algunas lenguas eslavas, la palabra “jezero” significa “lago”. Esto nos puede dar una idea de lo que ha ido a buscar el Perseverance a lo largo de su misión.

En la imagen superior podemos observar dos canales que se adentran en el cráter por el noroeste y uno que parece salir aproximadamente en dirección noreste hacia la gran cuenca de Isidis Planitia. ¿Por qué sabemos cuáles entran y cuáles saldrían? Muy sencillo, porque los canales de entrada provienen de zonas más elevadas, mientras que el canal de salida se dirige hacia zonas más bajas, y como bien sabemos, el agua que discurre por la superficie siempre se mueve a favor de la gravedad.

Además, gracias a los modelos digitales de elevaciones creados por la sonda europea Mars Express, podemos calcular la profundidad que tendría el lago antes de desbordarse por el canal de salida, y que sería de aproximadamente unos 311 metros.

¿Por qué sospechamos que estos canales son de entrada de agua y no otras formas geológicas parecidas, como canales de lava? Además de la morfología de estos canales y que nos recuerda muchísimo a la erosión que sobre nuestro planeta provocan los ríos, observamos rasgos geomorfológicos que parecen indicar la presencia de redes fluviales de menor tamaño formadas por la precipitación de agua desde la atmósfera.

Otro detalle fundamental para descartar cualquier otro origen de estos canales y para demostrar que efectivamente Jezero albergó un lago en algún momento de su historia, es que en la desembocadura de uno de estos canales observamos los inconfundibles restos de un antiguo delta fluvial.

¿Y qué es un delta? Un delta es un depósito de sedimentos formada en la desembocadura de los ríos cuando estos alcanzan una masa de agua, como puede ser un mar o un océano. Al llegar el río cargado de sedimentos y chocar contra la masa de agua, el río pierde velocidad, perdiendo a su vez, valga la redundancia, capacidad de llevar sedimentos en suspensión por este frenazo.

Al frenarse, los sedimentos comienzan a depositarse poco a poco en las zonas próximas a la desembocadura, pudiendo formar estos depósitos que conocemos como deltas. Por supuesto, En nuestro planeta hay numerosos deltas, y de formas muy variadas, como observamos en algunos ejemplos de la imagen anterior. Podemos ver el delta del Mississippi, a la izquierda, el delta del Nilo, arriba a la derecha, o el delta del Ebro, abajo a la derecha. Los deltas definen su forma dependiendo de si el entorno de formación está dominado por las mareas, por el oleaje o por el propio río.

De momento, ya tenemos dos detalles que nos aportan una prueba sobre la posible existencia de un lago en el interior del cráter Jezero, pero vamos a intentar afinar algunos detalles que serán fundamentales para entender la dinámica de este.

¿Cuándo se formó el cráter Jezero? Esta es otra de las pistas que necesitamos para recomponer el puzle. ¿Por qué? Porque necesitamos saber que clima reinaba en Marte en el momento de la formación del cráter para poder comprender como se llenaba el lago, cuanto tiempo tardó en formarse el delta y como se formó este. Intentaremos resolver estos quids uno a uno.

Si se el cráter se formó en un clima cálido y donde todavía podía precipitar agua desde la atmósfera, el delta podría haberse formado lentamente, quizás en el orden de miles, cientos de miles o incluso millones de años en un cuerpo de agua que podría haber sido estable.

Si ya se formó en un clima más frío y seco, puede ser que el delta se formase en episodios muy concretos, llenándose en momentos de grandes inundaciones provocadas por la rápida fusión del hielo u otros fenómenos que provocasen la aparición de grandes cantidades de agua sobre la superficie. Estos episodios serían breves y el agua duraría poco tiempo sobre la superficie, volviéndose a congelar o evaporándose.

Para que nos hagamos una idea de como podría haber sido el lago, la NASA ha hecho una reconstrucción a partir de los datos del relieve que tenemos hoy disponibles. Se puede ver perfectamente como al menos uno de los canales alimentaba el lago, mientras que por otro saldría el agua hacia Isidis Planitia.

Obviamente, que el lago y su delta se formasen en un momento u otro de la historia de Marte tiene grandes repercusiones astrobiológicas, especialmente si buscamos los restos de vida pretérita, una misión de las que tiene el Perseverance. Siempre será un ambiente más favorable para la vida una masa de agua estable en el tiempo geológico que una masa de agua que viene y que va, como un lago efímero.

No sabemos con certeza cuando se formó el cráter, pero hay varias estimaciones que lo sitúan entre 4100 y los 3600 millones de años. Precisamente entre esas dos fechas, Marte estaba sufriendo una dramática transformación a nivel planetario que lo convertiría de un Marte cálido y húmedo a un Marte frío y seco que conocemos hoy día.

En esta cronología extraída de Ehlmann et al. (2011), se puede ver como el rango de fechas anterior y descrito para la formación del cráter se encuentra entre los periodos Noéico y Hespérico, donde comienza a descender la tasa de formación de redes fluviales que se están formando en la superficie del planeta. Estas redes fluviales a las que me refiero serían las formadas por lluvias, marcando un periodo de transición climático hacia las condiciones actuales.

Aunque se hubiese formado más tarde tampoco hay que desanimarse con las implicaciones astrobiológicas, ya que los cráteres de impacto son lugares magníficos donde la vida puede resguardarse, ya que tras los impactos se pueden generar sistemas hidrotermales que mantienen un flujo térmico y de nutrientes adecuado para la vida, como observamos en las chimeneas hidrotermales que vemos en los fondos de los océanos (Rathbun et al. (2002), Osinski et al. (2013), Costello et al. (2020)). Estos sistemas podrían mantenerse en funcionamiento en el entorno de cientos de miles de años hasta un par de millones de años, dependiendo del tamaño del impacto.

Pero hablemos un poco más del delta, que lo hemos dejado abandonado más arriba. En los estratos de este que han llegado hasta nuestros días, todavía podemos observar algunas estructuras sedimentarias que nos indican en que parte del delta se habrían formado, como podemos observar en esta figura de Goudge et al. (2017).

Gracias a estos afloramientos que ya hemos podido estudiar desde la órbita de Marte, distintos autores han intentado reconstruir la historia del delta y estimar el tiempo que tardó en formarse. En Goudge et al. (2019), se propone un modelo de formación en el que el delta comienza a formarse tan pronto empieza a llenarse de agua el cráter.

Mientras el cráter va llenándose, los sedimentos del delta van avanzando hacia el centro de la cuenca. Cuando el cráter se llena más y sube el nivel, los sedimentos del delta se depositarían antes, formando más cerca de la desembocadura los sedimentos del delta. En este modelo, la formación del canal del salida de agua del lago se produce con el delta ya formado, cuando por efecto de la erosión, de la presión, o por cualquier otro fenómeno que aprovechase la debilidad de una de las paredes del cráter, esta se rompe y empieza a salir el agua.

De nuevo, con la bajada del nivel del agua, los sedimentos del delta volverían a aprovechar esta bajada del nivel del agua para depositarse más adelante, más cerca del centro de la cuenca. Pero llegaría un momento en el que no habría más agua y comenzaría la fase de erosión de los sedimentos del delta hasta dejar el afloramiento que vemos hoy día.

Hay otros modelos, como el de Salese et al. (2020) que sugieren que incluso existió un delta anterior al que vemos hoy día, pero que fue erosionado y del que no queda probablemente nada en el registro geológico.

Ambos modelos coinciden en que el canal de salida no existía antes de la formación del lago, y que por lo tanto, tuvo que formarse como decíamos antes, por la ruptura o erosión de una de las paredes del cráter, provocando un descenso en el nivel del agua y también cambios en la sedimentación del delta.

Respecto al tiempo que tardó en formarse el delta, no hay consenso alguno. Algunos autores sugieren que se podría haber formado en unos pocos cientos de años y durante episodios muy concretos, dibujando una imagen de una masa de agua efímera y poco hospitalaria para la vida. Estos episodios podrían venir definidos por grandes eventos de fusión de hielo, por ejemplo, que transportaban rápidamente agua y sedimentos al interior del cráter.

Otros, en cambio, sugieren escalas mucho mayores, ya que se observan rasgos geomorfológicos que indican que el cráter pudo haber estado formado todavía durante un Marte lo suficientemente cálido como para permitir masas de agua estable y precipitaciones desde la atmósfera.

Independientemente de estas dos posibilidades, los deltas pueden ser lugares fantásticos para la preservación de restos biológicos. Por un lado tenemos la llegada de minerales del grupo de las arcillas que son muy finos, pudiendo cubrir la materia orgánica sin apenas dejar porosidad, dejando un margen muy pequeño para la oxidación de esta materia orgánica y su consiguiente degradación. Por otro, en el frente del delta pueden ocurrir fenómenos de enterramiento rápido que sean capaces de cubrir rápidamente la materia orgánica, también provocando una mejor preservación.

No solo esto, sino que desde la órbita hemos podido observar la marca espectral de la sílice hidratada (como por ejemplo, el ópalo), y que se puede formar alrededor de las chimeneas hidrotermales, y que hemos visto que posiblemente podrían haber existido en el interior del cráter. Esta forma de la sílice es fantástica para la preservación de restos orgánicos con un nivel de detalle exquisito.

Esto se debe a que el ácido silícico se une a las paredes celulares o a la envolturas de estas, permitiendo la preservación de pequeños organismos o de tejidos celulares con un nivel de detalle increíble. Para que os hagáis una idea de la calidad de la preservación de los tejidos orgánicos en sílice, aquí tenéis una imagen de Kerp (2017) en la que se aprecia la preservación de la estructura celular de una planta terrestre del Devónico inferior… ¡Hace 400 millones de años!.

Otra presencia mineralógica importante en el interior del cráter es la presencia de carbonatos, que se forman por la interacción entre las rocas, el agua y el dióxido de carbono atmosférico, lo que indican que podrían haberse formado en un clima relativamente cálido. De hecho, si no recuerdo mal, es el único lugar de Marte donde se han encontrado carbonatos relacionados con ambientes fluviales y lacustres hasta el momento.

¿Y dónde ha aterrizado el Perseverance? Pues ha aterrizado muy cerca del contacto entre dos unidades diferentes que parecen tener alguna relación con la actividad volcánica del planeta Marte. La unidad Njf estaba interpretada anteriormente como una unidad volcánica, probablemente relacionada con coladas de lava, pero ahora parece que podría estar formada por depósitos de ceniza volcánica o similares. La Nle podría estar formada por depósitos de ceniza volcánica también.

Y es que no podemos olvidar que Marte ha tenido un pasado volcánico muy importante, con gran actividad especialmente en los primeros ~1500 millones de años de historia.

A raíz de la siguiente imagen tomada por una de las cámaras de descenso del Perseverance, surgió una pregunta.

Aprovechando que hay 15 imágenes seguidas y parecidas de esta zona de cuando Perseverance descendía,las he apilado y he aplicado una deconvolución resaltando los detalles. Se pueden apreciar unos caminos lineales muy curiosos formando una especie de cuadrados entre delta y cráter pic.twitter.com/5OnxNvqTAI

— Álvaro Ibáñez Pérez (@kokehtz) February 25, 2021

He aquí la pregunta:

Es correcto lo que dice, la deconvolución que usa para quitar la trama de la imagen no es lo mismo que usar una capa deconvolucional donde la IA podría alucinar patrones que no hay. Además los zurcos se pueden intuir en la imagen original. Por curiosidad ¿Qué son?

— Carlos Santana – DotCSV 🧠🤖 (@DotCSV) February 26, 2021

En el interior del cráter, muy cerca de la zona de aterrizaje del Perseverance, aparecen unos misteriosos surcos con distintas direcciones que a veces parecen cruzarse. ¿Qué puede formar este tipo de marcas sobre el terreno?

Algunos twitteros han sugerido que estos surcos están formados por rocas que se desplazan por el suelo, o piedras deslizantes, un fenómeno que podemos observar en lugares desérticos, sobre el fondo de lagos efímeros, y donde las rocas se mueven, dejando surcos a su paso.

Esta teoría parece poco plausible porque viendo la resolución de las imágenes, no apreciamos piedras de semejante tamaño en las inmediaciones. Además, observamos que estos sistemas de fracturas a veces contienen en su interior fracturas similares pero más pequeñas, indicándonos que tienen el mismo origen.

A mi juicio, estamos viendo un patrón de diaclasado. Las diaclasas son fracturas que aparecen en las rocas o los sedimentos sin que haya desplazamiento aparente entre un lado y otro de la fractura (a diferencia de las fallas).

¿Por qué, entonces, se han formado estas fracturas? Se me ocurren al menos tres posibilidades diferentes.

1. Que sean huellas de desecación de diferentes escalas, como las que se forman en el barro en nuestro planeta cuando se seca.
2. Que sea un suelo poligonal, fruto de fenómenos de dilatación y contracción térmica, algo que ocurre en nuestro planeta en ambientes periglaciares, y que acaba por formar este tipo de patrones.
3. Que sean diaclasas de descarga, formadas cuando los sedimentos superiores se erosionan, y esta pérdida de carga provoca que se generen esfuerzos que acaban formado fracturas.

Cualquiera de estos tres fenómenos (y quizás alguno más que se nos escapa) han sido observados en Marte, pero de momento son los que se me ocurren a bote pronto.

Muchas gracias a todas las personas que habéis tenido las ideas para que escribiera este artículo.

 

Bibliografía:

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