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 evidências crescentes de que a água já fluiu na superfície do Planeta Vermelho, bilhões de anos atrás. E se havia água, também deve ter havido uma atmosfera espessa para evitar que essa água congelasse. Mas em algum momento por volta de 3,5 bilhões de anos atrás, a água secou, e o ar, antes pesado com dióxido de carbono, tornou-se dramaticamente mais fino, deixando apenas o fio de uma atmosfera que se agarra ao planeta hoje.
Para onde exatamente foi a atmosfera de Marte? Essa questão tem sido um mistério central da história de 4,6 bilhões de anos de Marte.
Para dois geólogos do MIT, a resposta pode estar na argila do planeta. Em um artigo publicado hoje em Avanços da Ciênciaeles propõem que grande parte da atmosfera ausente de Marte pode estar presa na crosta coberta de argila do planeta.
A equipe argumenta que, embora houvesse água em Marte, o líquido poderia ter vazado por certos tipos de rochas e desencadeado uma lenta cadeia de reações que progressivamente extraíram dióxido de carbono da atmosfera e o converteram em metano — uma forma de carbono que poderia ser armazenada por eras na superfície argilosa do planeta.
Processos semelhantes ocorrem em algumas regiões da Terra. Os pesquisadores usaram seu conhecimento de interações entre rochas e gases na Terra e aplicaram isso a como processos semelhantes poderiam ocorrer em Marte. Eles descobriram que, dada a quantidade de argila estimada para cobrir 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 por cento da atmosfera inicial e primitiva do planeta.
É possível que esse carbono marciano sequestrado possa um dia ser recuperado e convertido em propelente para abastecer futuras missões entre Marte e a Terra, propõem os pesquisadores.
“Com base nas nossas descobertas na Terra, mostramos que processos semelhantes provavelmente operaram 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. “Esse metano ainda pode estar presente e talvez até mesmo usado como fonte de energia em Marte no futuro.”
O principal autor do estudo é o recém-formado da EAPS, Joshua Murray PhD '24.
Nas dobras
O grupo de Jagoutz no MIT busca identificar os processos e interações geológicos que impulsionam a evolução da litosfera da Terra — a camada externa dura e quebradiça que inclui a crosta e o manto superior, onde ficam as placas tectônicas.
Em 2023, ele e Murray se concentraram em um tipo de mineral de argila 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 inalterado por bilhões de anos. Eles mostraram que a esmectita na Terra era provavelmente um produto da atividade tectônica e que, uma vez expostos na superfície, os minerais de argila agiam para extrair e armazenar dióxido de carbono suficiente da atmosfera para resfriar o planeta ao longo de milhões de anos.
Logo após a equipe relatar 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 de esmectita. As argilas poderiam ter tido um efeito de captura de carbono semelhante em Marte e, se sim, quanto carbono as argilas poderiam reter?
“Sabemos que esse processo acontece, e é bem documentado na Terra. E essas 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 rochas do manto para a superfície, não há 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 a 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 àquelas que produzem esmectitas por meio do intemperismo na Terra. Outras observações revelam padrões geológicos semelhantes aos rios e tributários terrestres, onde a água pode ter fluído e reagido com a rocha subjacente.
Jagoutz e Murray se perguntaram 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 de rochas, com base no que se sabe sobre como as rochas ígneas interagem com seu ambiente na Terra.
Eles aplicaram esse modelo a Marte, onde os cientistas acreditam que a crosta é composta principalmente de rocha ígnea rica no mineral olivina. A equipe usou o modelo para estimar as mudanças que a rocha rica em olivina pode sofrer, assumindo que a água existiu na superfície por pelo menos um bilhão de anos, e a atmosfera era espessa com dióxido de carbono.
“Neste momento da história de Marte, pensamos que o CO2 está em todo lugar, em cada canto e fenda, e a água que percola através das rochas está cheia de CO2 também”, diz Murray.
Ao longo de cerca de um bilhão de anos, a água que escorria pela crosta teria reagido lentamente com a olivina – um mineral rico em uma forma reduzida de ferro. As moléculas de oxigênio na água teriam se ligado ao ferro, liberando hidrogênio como resultado e formando o ferro oxidado vermelho que dá ao planeta sua cor icônica. Esse hidrogênio livre teria então se combinado com o dióxido de carbono na água, para formar metano. À medida que essa reação progredia ao longo do tempo, a olivina teria se transformado lentamente em outro tipo de rocha rica em ferro conhecida como serpentina, que então continuou a reagir com a água para formar esmectita.
“Essas argilas de esmectita têm muita capacidade de armazenar carbono”, diz Murray. “Então usamos o conhecimento existente de como esses minerais são armazenados em argilas na Terra e extrapolamos para dizer, se a superfície marciana tem 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 quantidade enorme de metano, equivalente à maior parte do dióxido de carbono na atmosfera que se acredita ter desaparecido desde que o planeta secou.
“Descobrimos que as estimativas dos volumes globais de argila em Marte são consistentes com uma fração significativa do CO inicial de Marte2 sendo sequestrados como compostos orgânicos dentro da crosta rica em argila”, diz Murray. “De certa forma, a atmosfera ausente de Marte pode estar escondida à vista de todos.”
“Onde o CO2 passou de uma atmosfera inicial e mais espessa é uma questão fundamental na história da atmosfera de Marte, seu clima e a habitabilidade por micróbios”, diz Bruce Jakosky, professor emérito de geologia na Universidade do Colorado e principal pesquisador da missão Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), que orbita e estuda a atmosfera superior de Marte desde 2014. Jakosky não estava envolvido no estudo atual. “Murray e Jagoutz examinam a interação química das rochas com a atmosfera como um meio de remover CO2. No limite superior de nossas estimativas de quanta erosão ocorreu, este pode ser um processo importante na remoção de CO2 da atmosfera primitiva de Marte.”
