¿Qué nos dice el dióxido de silicio sobre las erupciones en Marte?

Planeta B

A día de hoy sabemos todavía muy poco sobre la historia de las erupciones volcánicas en Marte y sobre qué tipos de vulcanismo se dieron cuando Marte era todavía era un planeta mucho más activo -a nivel interno- que en la actualidad.

De hecho, podríamos decir que incluso tenemos una importante incertidumbre en cuanto al grado de actividad actual del planeta y si todavía sería posible la ocurrencia de erupciones volcánicas en determinados lugares de Marte. Este es el caso de Cerberus Fossae donde, según las dataciones de Horvath et al. (2021), podría haber habido algún tipo de erupción en los últimos ~50.000 años, lo que, junto a la actividad sísmica registrada por la misión InSight en la zona (Kedar et al. (2021)), hace de este lugar un sitio muy interesante para seguir estudiando la dinámica actual del planeta rojo.

Pero, ¿Cómo fueron las erupciones del pasado? ¿Fueron erupciones explosivas y violentas o por el contrario solo hubo erupciones muy efusivas y tranquilas? ¿O quizás coexistieron ambos modelos eruptivos? Anteriormente se pensaba que si no todas, la mayoría de las erupciones en Marte habían sido con una composición basáltica y tranquilas y que las rocas ígneas -aquellas formadas por el enfriamiento del magma- era un grupo de rocas poco diverso en el planeta rojo, por lo menos las volcánicas, a diferencia de la Tierra donde si hay un gran abanico composicional fruto de distintos procesos de evolución de los magmas.

dióxido de silicio
Largas coladas de lava en Marte observadas por la Mars Odyssey. Obsérvese la longitud de estas, que no aparecen ni completas en la imagen debido a la distancia recorrida por la lava. Imagen cortesía de NASA/JPL-Caltech/ASU.

Pero, antes de poder resolver esta duda, tenemos que salvar ciertos obstáculos: la mayor parte de Marte la hemos observado desde su órbita y no desde su superficie, y la capa de polvo rojo ubicua que le da ese color tan característico al planeta, a veces hace palidecer las señales químicas de los distintos minerales. Si a esto le sumamos la erosión que lentamente va eliminando como si fuese una goma de borrar algunas partes de su relieve, se hace muy complicado el identificar los procesos volcánicos, especialmente los que pasaron hace mucho más tiempo.

De ahí la importancia de poder llegar a la superficie con misiones robóticas -de momento- tomar muestras, analizarlas in situ, y si es posible, devolverlas a la Tierra para que con mejores instrumentos analíticos podamos descifrar los detalles de la historia del planeta. Pero a pesar de todos los hándicaps que supone la exploración de otro planeta, a veces se hacen hallazgos en los lugares más insospechados.

Aparece tridimita, un polimorfo del dióxido de silicio

Y esta historia nos obliga a remontarnos al año 2015, cuando el rover Curiosity, que se encuentra en el interior del cráter Gale de Marte, toma una muestra de una roca llamada Bucksin y detecta en ella tridimita, un polimorfo del dióxido de silicio, como el cuarzo. Los polimorfos son minerales que, con una misma composición química, tienen distintas estructuras cristalinas, algo que en ocasiones responde a las condiciones donde se ha formado el propio mineral.

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El rover Curiosity se toma un selfie justo después de tomar la muestra de Bucksin, el 5 de agosto de 2015. Aunque no se ve el agujero, en la zona inferior central de la imagen se ve una mancha de color gris que destaca sobre el rojo: son los restos de la perforación de esta roca. Imagen cortesía de NASA/JPL-Caltech/MSSS.

La tridimita se suele formar a altas temperaturas y bajas presiones, y en nuestro planeta suele estar asociada al vulcanismo explosivo, pero también podría formarse de otras maneras… como en el interior de lagos donde hay capas de agua muy ricas en sílice o incluso por fenómenos hidrotermales. Y sabemos que el interior del cráter Gale, al menos la parte inferior, representa una antigua cuenca lacustre donde con el paso del tiempo fueron acumulándose sedimentos, lo que hizo la interpretación de la tridimita fuese un verdadero reto.

Además, la tridimita podía también haber llegado fruto de la erosión de rocas de fuera del cráter y llevada hasta su interior por los ríos que desembocaban en este. El depósito de la tridimita en los sedimentos a partir de la erosión de otras rocas se pudo descartar, ya que este mineral aparecía y desaparecía bruscamente en los sedimentos analizados, y de haber sido traídos por los ríos, se esperaría una fuente más continua y con cierta gradualidad en su aparición y desaparición, no mostrando un cambio tan sumamente brusco.

También cristobalita, otro polimorfo

Acompañando a la tridimita, los científicos encontraron también cristobalita, otro de los polimorfos del dióxido de silicio, que se forma a temperaturas superiores a la de la tridimita, lo que ponía a los científicos entre la espada y la pared… ¿se habrían formado estos minerales realmente a partir de la actividad volcánica?

Para poder resolver el puzle, se pusieron a analizar en que contextos geológicos de nuestro planeta y en que porcentajes aparecían estos minerales y por supuesto, junto a que otros minerales aparecían, para ver si finalmente encajaban las piezas.

Según el último estudio publicado por Payré et al. (2022), parece que la explicación más plausible requiere de erupciones volcánicas para explicar estos dos minerales: Hace unos 3.000 millones de años -aproximadamente- el magma que había en la cámara magmática, valga la redundancia, de un volcán marciano estaba cambiando su composición por un proceso que conocemos en geología como cristalización fraccional.

Este proceso hace que los magmas vayan evolucionando con el tiempo, ya que cambios en la presión y temperatura pueden hacer que unos minerales vayan formándose y segregándose del magma, provocando que la composición del magma restante vaya cambiando, porque al formarse estos minerales “retiran” los elementos que los forman.

Esto a su vez provoca que ciertos elementos puedan concentrarse en el magma, como el silicio, y que de ocurrir una erupción puede dar lugar a la formación de minerales como la tridimita y la cristobalita.

¿Y si hubo una erupción cómo llegaron estos minerales hasta el cráter? Los autores mencionan que una erupción de este tipo podría haber generado nubes de ceniza y piroclastos que se habrían desplazado grandes distancias, y que al caer se depositarían, acabando por formar parte del registro sedimentario… pero, ¿qué volcán podría haber sido el causante de esta erupción?

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Modelo del mecanismo de transporte de la ceniza hasta el cráter Gale. Imagen cortesía de Payré et al. (2022)

Pues lo cierto es que es muy difícil encontrar cual habría sido el responsable, ya que no solo nos queda identificar todos los posibles volcanes marcianos -de algunos nos queda tan poco que a veces los confundimos con cráteres-, lo que junto con no poder establecer dataciones absolutas que nos permitan restringir el intervalo de edades de cada erupción, lo hace, por el momento, una labor muy difícil.

Pero sin duda, este estudio es muy interesante porque pone de manifiesto que fueron posibles otro tipo de erupciones en Marte y que fue un planeta con una mayor diversidad de procesos volcánicos de lo que cabría esperar, por lo que de nuevo se nos abre una nueva ventana para conocer mejor nuestro vecindario planetario.

Referencias:

1. Kedar S, Panning MP, Smrekar SE, et al. Analyzing Low Frequency Seismic Events at Cerberus Fossae as Long Period Volcanic Quakes. J Geophys Res Planets. 2021;126(4):1-28. doi:10.1029/2020JE006518

2. Morrisa R V., Vanimanb DT, Blakec DF, et al. Silicic volcanism on Mars evidenced by tridymite in high-SiO2 sedimentary rock at Gale crater. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016;113(26):7071-7076. doi:10.1073/pnas.1607098113

3. Payré V, Siebach KL, Thorpe MT, Antoshechkina P, Rampe EB. Tridymite in a lacustrine mudstone in Gale Crater , Mars : Evidence for an explosive silicic eruption during the Hesperian. Earth Planet Sci Lett. 2022;594:117694. doi:10.1016/j.epsl.2022.117694

4. Horvath DG, Moitra P, Hamilton CW, Craddock RA, Andrews-Hanna JC. Evidence for geologically recent explosive volcanism in Elysium Planitia, Mars. Icarus. 2021;365:114499. doi:10.1016/j.icarus.2021.114499

Sobre el autor: Nahúm Méndez Chazarra es geólogo planetario y divulgador científico.

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