Ao estudarem os elementos químicos do planeta Marte dos tempos modernos – incluindo carbono e oxigénio – os cientistas podem trabalhar para trás e reunir a história de um planeta que já teve as condições necessárias para sustentar a vida.
Tecer esta história, elemento a elemento, a cerca de 225 milhões de quilómetros de distância, é um processo minucioso. Mas os cientistas não são facilmente dissuadidos. Orbitadores e rovers em Marte confirmaram que o planeta já teve água líquida, graças a pistas que incluem leitos secos de rios, linhas costeiras antigas e química salgada à superfície. Usando o rover Curiosity da NASA, os cientistas encontraram evidências de lagos persistentes. Também desenterraram compostos orgânicos, componentes químicos da vida. A combinação de água líquida e compostos orgânicos obriga os cientistas a continuar a procurar em Marte sinais de vida passada – ou presente.
Apesar das evidências tentadoras encontradas até agora, a compreensão da história marciana pelos cientistas ainda está a desenvolver-se, com várias questões importantes abertas para debate. Será que a antiga atmosfera marciana era espessa o suficiente para manter o planeta quente e, por conseguinte, húmido, pelo tempo necessário para brotar e nutrir a vida? E os compostos orgânicos: são sinais de vida – ou de química que ocorre quando as rochas marcianas interagem com a água e a luz solar?
Num relatório recente publicado na Nature Astronomy, sobre uma experiência realizada ao longo de vários anos, num laboratório químico situado na “barriga” do Curiosity, de nome SAM (Sample Analysis at Mars), uma equipa de cientistas fornece algumas ideias para ajudar a responder a estas perguntas.
A equipa descobriu que certos minerais nas rochas da Cratera Gale podem ter-se formado num lago coberto de gelo. Estes minerais podem ter sido formados durante um estágio frio imprensado entre períodos mais quentes, ou depois de Marte ter perdido a maior parte da sua atmosfera e de ter começado a ficar permanentemente frio.
A Cratera Gale tem 154 km em diâmetro. Foi selecionada como o local de pouso do Curiosity (aterragem em 2012) porque tinha sinais de água passada, incluindo minerais argilosos que podem ajudar a capturar e a preservar moléculas orgânicas antigas. De facto, enquanto explorava a base de uma montanha no centro da cratera, chamada Monte Sharp, o Curiosity encontrou uma camada de sedimentos com 304 metros de espessura que foi depositada como lama em lagos antigos. Alguns cientistas dizem que para formar tantos sedimentos, uma quantidade incrível de água teria que ter fluído para esses lagos durante milhões a dezenas de milhões de quentes e húmidos anos. Mas algumas características geológicas da cratera também sugerem um passado que incluía condições frias e geladas.
“Em algum momento, o ambiente da superfície de Marte deve ter passado por uma transição de quente e húmido para frio e seco, como é agora, mas exatamente quando e como isso ocorreu ainda é um mistério,” diz Heather Franz, geoquímica do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland.
Franz, que liderou o estudo do SAM, observa que fatores como mudanças na obliquidade de Marte e na quantidade de atividade vulcânica podem ter feito com que o clima marciano alternasse entre quente e frio ao longo do tempo. Esta ideia é suportada por mudanças químicas e mineralógicas nas rochas marcianas, mostrando que algumas camadas se formaram em ambientes mais frios e outras em ambientes mais quentes.
De qualquer forma, diz Franz, o conjunto de dados recolhidos até agora pelo Curiosity sugere que a equipa está a ver evidências de mudanças climáticas em rochas.
Estrela de carbono e oxigénio na história climática
A equipa de Franz encontrou evidências de um antigo ambiente frio depois do laboratório SAM ter extraído os gases dióxido de carbono (CO2) e oxigénio de 13 amostras de poeira e rocha. O Curiosity recolheu estas amostras ao longo de cinco anos terrestres.
O CO2 é uma molécula com um átomo de carbono ligado a dois átomos de oxigénio, sendo o carbono uma testemunha chave no caso do misterioso clima marciano. De facto, este elemento simples, porém versátil, é tão crítico quanto a água na busca pela vida noutros lugares. Na Terra, o carbono flui continuamente através do ar, da água e da superfície num ciclo bem compreendido que depende da vida. Por exemplo, as plantas absorvem carbono da atmosfera na forma de CO2. Em troca, produzem oxigénio, que os seres humanos e a maioria das outras formas de vida usam para a respiração num processo que termina com a libertação de carbono para o ar, novamente via CO2, ou para a crosta da Terra à medida que as formas de vida morrem e são enterradas.
Os cientistas estão a descobrir que também existe um ciclo de carbono em Marte e estão a trabalhar para o entender. Com pouca água ou vida abundante à superfície do Planeta Vermelho, pelo menos nos últimos 3 mil milhões de anos, o ciclo do carbono é muito diferente do da Terra.
“No entanto, o ciclo do carbono ainda está a ocorrer e ainda é importante porque não ajuda apenas a revelar informações sobre o clima antigo de Marte,” diz Paul Mahaffy, investigador principal do SAM e diretor da Divisão de Exploração do Sistema Solar de Goddard da NASA. “Também nos está a mostrar que Marte é um planeta dinâmico que circula elementos que são os blocos de construção da vida como a conhecemos.”
Os gases criam um caso para um período frio
Depois do Curiosity ter fornecido amostras de rocha e poeira ao SAM, o laboratório aqueceu cada uma a cerca de 900º C para libertar os gases no interior. Observando as temperaturas do forno aquando da libertação de CO2 e oxigénio, os cientistas puderam dizer de que tipo de minerais os gases eram oriundos. Este tipo de informação ajuda a entender como o carbono está a circular em Marte.
Vários estudos sugeriram que a atmosfera antiga de Marte, contendo principalmente CO2, pode ter sido mais espessa do que a da Terra de hoje. A maior parte foi perdida para o espaço, mas parte pode estar armazenada em rochas à superfície do planeta, principalmente na forma de carbonatos, minerais compostos por carbono e oxigénio.
Na Terra, os carbonatos são produzidos quando o CO2 do ar é absorvido nos oceanos e outros corpos de água e depois mineralizado em rochas. Os cientistas pensam que o mesmo processo ocorreu em Marte e isso pode ajudar a explicar o que aconteceu a parte da atmosfera marciana. No entanto, as missões a Marte não encontraram carbonatos suficientes à superfície para suportar uma atmosfera espessa.
Mesmo assim, os poucos carbonatos que o SAM detetou revelaram algo interessante sobre o clima marciano através dos isótopos de carbono e de oxigénio aí armazenados. Os isótopos são versões de cada elemento que possuem massas diferentes. Dado que processos químicos diferentes, da formação rochosa à atividade biológica, usam estes isótopos em diferentes proporções, os rácios de isótopos pesados para leves numa rocha fornecem aos cientistas pistas sobre como a rocha se formou.
Em alguns dos carbonatos encontrados pelo SAM, os cientistas notaram que os isótopos de oxigénio eram mais leves que os da atmosfera marciana. Isto sugere que os carbonatos não se formaram há muito tempo simplesmente a partir do CO2 atmosférico absorvido num lago. Se tivessem sido, os isótopos de oxigénio nas rochas eram um pouco mais pesados do que os do ar.
Embora seja possível que os carbonatos se tenham formado muito cedo na história de Marte, quando a composição atmosférica era um pouco diferente da atual, Franz e colegas sugerem que os carbonatos se formaram provavelmente num lago gelado.
Neste cenário, o gelo pode ter “sugado” os isótopos mais pesados de oxigénio e deixado os mais leves para formar carbonatos posteriormente. Outros cientistas do Curiosity também apresentaram evidências sugerindo que lagos cobertos de gelo podem ter existido na Cratera Gale.
Então, onde está todo o carbono?
Os cientistas dizem que a baixa abundância de carbonatos em Marte é intrigante. Se não existirem muitos destes minerais na Cratera Gale, talvez a atmosfera inicial tenha sido mais fina do que o previsto.
Ou talvez outra coisa esteja a armazenar o carbono atmosférico em falta.
Com base nas suas análises, Franz e colegas sugerem que algum carbono possa estar sequestrado noutros minerais, como oxalatos, que armazenam carbono e oxigénio numa estrutura diferente da dos carbonatos. A sua hipótese é baseada nas temperaturas em que o CO2 foi libertado de algumas amostras dentro do SAM – muito baixas para carbonatos, mas adequadas para oxalatos – e a diferentes rácios de isótopos de carbono e oxigénio do que os cientistas observaram nos carbonatos.
Os oxalatos são o tipo mais comum de mineral orgânico produzido pelas plantas na Terra. Mas os oxalatos também podem ser produzidos sem biologia. Uma maneira é através da interação do CO2 atmosférico com os minerais à superfície, com a água e com a luz solar, num processo conhecido como fotossíntese abiótica. Este tipo de química é difícil de encontrar na Terra porque aqui há vida abundante, mas a equipa de Franz espera criar fotossíntese abiótica no laboratório para descobrir se pode realmente ser responsável pela química do carbono que estão a observar na Cratera Gale.
Na Terra, a fotossíntese abiótica pode ter aberto o caminho para a fotossíntese entre algumas das primeiras formas microscópicas de vida, e é por isso que encontrá-la noutros planetas interessa os astrobiólogos.
Mesmo que a fotossíntese abiótica tenha prendido realmente algum carbono da atmosfera nas rochas da Cratera Gale, Franz e colegas gostariam de estudar solo e poeira de diferentes partes de Marte para entender se os seus resultados da Cratera Gale refletem uma imagem global. Eles podem um dia ter a hipótese de o fazer. O rover Perseverance da NASA, com lançamento previsto para Marte entre julho e agosto de 2020, planeia embalar amostras da Cratera Jezero para um possível envio aos laboratórios da Terra.
// CCVAlg
