Así llegaron a la Tierra estos meteoritos nacidos en los volcanes de Marte

Hace aproximadamente un millón de años, un asteroide chocó contra la habitualmente tranquila superficie de Marte. El impacto liberó una fuente de escombros, y algunos de los fragmentos rocosos atravesaron el cielo, escapando de la gravedad del planeta para viajar a través de la oscuridad.

Algunas de las rocas acabaron llegando a la Tierra y sobrevivieron a la caída a través de la atmósfera de nuestro planeta para estrellarse contra la superficie, incluido un pesado fragmento de unos 7 kilogramos que se estrelló en Marruecos en 2011. Esta colección de más de una docena de rocas espaciales, ahora denominada por los científicos como shergottitas agotadas, constituye una porción intrigante del total de 317 meteoritos marcianos conocidos, el único material de Marte que tenemos en la Tierra.

Determinar de qué parte de Marte proceden estos meteoritos es una parte fundamental para reconstruir la historia del planeta. Pero ha resultado ser un gran desafío científico. Ahora, con la ayuda de un programa de aprendizaje automático para el recuento de cráteres, un equipo de investigadores que estudia las shergottitas agotadas puede haber resuelto finalmente el caso: han llegado a la conclusión de que estos proyectiles geológicos proceden de un único cráter en la cima de Tharsis, el mayor elemento volcánico del sistema solar.

Este antiguo coloso volcánico de Marte está adornado con miles de volcanes individuales y se extiende a lo largo de una superficie equivalente a la de casi tres veces la superficie de Europa continental (30 millones de kilómetros cuadrados). Se construyó a lo largo de miles de millones de años mediante innumerables inyecciones de magma y flujos de lava. Es tan pesado que, al formarse, inclinó el planeta 20 grados.

Si estos meteoritos proceden de Tharsis, como sugiere el análisis publicado en Nature Communications, los científicos tienen en sus manos meteoritos que pueden ayudar a identificar las fuerzas infernales que levantaron esta construcción natural capaz de inclinar a todo un planeta.

"Esto podría cambiar totalmente nuestra manera de cómo entendemos Marte", dice Luke Daly, un experto en meteoritos de la Universidad de Glasgow que no participó en el estudio.

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Pistas meteóricas

La mayoría de los meteoritos marcianos pertenecen a una categoría denominada shergottitas, que recibe su nombre de la ciudad india de Sherghati, donde se vio uno caer del cielo en 1865. Las shergottitas son todas rocas volcánicas con composiciones similares, pero un puñado de ellas, las shergottitas agotadas, poseen una extraña firma química.

En Marte, ciertos elementos, como el neodimio y el lantano, no se unen a los minerales del manto, la parte del planeta sólida pero blanda a la vez  que se encuentra bajo la corteza. Las shergottitas empobrecidas carecen de estos elementos -de ahí el nombre de "empobrecidas"-, lo que sugiere que proceden del manto de Marte.

Pero, ¿cómo llegaron estas rocas lo suficientemente cerca de la superficie como para ser expulsadas en un impacto? En la Tierra, las rocas del manto pueden llegar a la superficie de dos maneras: cuando dos placas tectónicas se separan y permiten que el manto ascienda, o cuando una fuente de materia del manto supercaliente, conocida como pluma, se eleva desde las profundidades. Marte no parece haber tenido nunca placas tectónicas, por lo que una pluma del manto es el escenario más probable.

Basándose en la desintegración radiactiva de elementos específicos en los meteoritos, los científicos también han podido confirmar que todas las rocas proceden de un emplazamiento volcánico relativamente joven,quizá una pila de depósitos de flujos de lava.

Si todas estas rocas volcánicas espaciales proceden de un único impacto, éste debió de ser bastante potente, dejando un cráter de al menos tres kilómetros de diámetro y potencialmente mucho más grande. El cráter tendría que tener una antigüedad de aproximadamente 1,1 millones de años, ya que los rayos cósmicos que bombardearon y alteraron la superficie de los meteoritos a lo largo del tiempo revelan cuánto tiempo estuvieron viajando por el espacio después del impacto.

Sin embargo, incluso con estas pistas, ha resultado extremadamente difícil rastrear estos trozos de roca marciana hasta su ubicación original. Son como piezas individuales de un rompecabezas separadas del resto del puzzle: sin saber cómo era su entorno original, es casi imposible situarlas en una parte específica del planeta.

"Como geólogos, registramos mucha información sobre el lugar de donde recogemos las muestras de roca, porque el contexto es importante", dice Áine O'Brien, estudiante de doctorado que estudia los meteoritos marcianos en la Universidad de Glasgow (Reino Unido) y que no participó en el estudio. "Con los meteoritos marcianos, como no conocemos el contexto, tenemos que hacer una conjetura muy bien fundamentada sobre lo que le ocurrió para formarlo".

Y para hacer esa conjetura fundamentada, los científicos recurrieron a una nueva herramienta en materia de ciencia planetaria: el aprendizaje automático.

Un cráter entre millones

La única manera de determinar de forma sólida la edad de la superficie de un planeta es mediante la toma de una muestra física y el estudio de sus compuestos radiactivos. Sin embargo, hasta que la NASA y la Agencia Espacial Europea traigan a la Tierra las primeras muestras de rocas marcianas vírgenes en la década de 2030, los investigadores tendrán que recurrir a una técnica para estimar la edad de la superficie conocida como recuento de cráteres.

En la Tierra, los fuertes vientos, el agua que fluye, la lava en erupción y una cornucopia de seres vivos borran rápidamente los cráteres de antiguos impactos. No ocurre lo mismo en Marte, un mundo geológicamente comatoso con vientos débiles y sin agua en la superficie. Allí, los cráteres de gran tamaño permanecen intactos durante cientos o incluso miles de millones de años. Suponiendo que se conozca el ritmo de los impactos a lo largo del tiempo, una superficie de Marte con más cráteres sería más antigua que otra con menos cráteres.

Los científicos disponen de otras técnicas para deducir la edad de un cráter. "Cuando un asteroide impacta en la superficie, se expulsan muchos restos", explica Anthony Lagain, geólogo planetario de la Universidad de Curtin y autor principal del nuevo estudio. Los trozos que caen en Marte impactan en la superficie y forman pequeños cráteres secundarios alrededor del cráter primario original. Incluso en Marte, estos cráteres secundarios son erosionados por el viento en unos pocos millones de años, por lo que cualquier cráter grande rodeado de cráteres secundarios debe haber sido hecho muy recientemente en la historia del planeta.

"Para tener una mejor idea de las edades, hay que llegar a cráteres cada vez más pequeños", dice Gretchen Benedix, astrogeóloga de la Universidad de Curtin (Australia) y coautora del estudio. Los impactos más pequeños son más comunes que los más grandes, por lo que se pueden utilizar las pequeñas diferencias en el número de cráteres más pequeños en dos superficies para elaborar líneas de tiempo más detalladas".

Para averiguar si un cráter tenía exactamente 1,1 millones de años, el equipo tuvo que catalogar los pequeños cráteres de Marte y utilizarlos para datar con precisión la superficie. Hacerlo manualmente habría sido tortuoso. En su lugar, introdujeron imágenes orbitales de Marte en un programa de aprendizaje automático y lo entrenaron para encontrar cráteres de menos de un kilómetro de longitud.

Rápidamente encontró unos 90 millones, dice Kosta Servis, científico de datos de la Universidad de Curtin y coautor del estudio. Con esta cronología de cráteres, el equipo pudo empezar a acotar los posibles orígenes de las shergottitas agotadas.

Fragmentos de un titán volcánico

Tras examinar los datos, el equipo identificó 19 grandes cráteres en regiones volcánicas de Marte que estaban rodeados de múltiples cráteres secundarios, lo que indica que estas cicatrices planetarias podrían ser tan jóvenes como el cráter de 1,1 millones de años que buscaban. Utilizando el catálogo de 90 millones de cráteres pequeños, los investigadores pudieron datar con precisión los mantos de escombros que irradiaban de los cráteres más grandes, lo que reveló estimaciones más precisas de sus edades.

Algunos de los cráteres tenían la edad correcta, pero eso no era suficiente. La edad de formación del terreno circundante tenía que coincidir también con las edades de los minerales encontrados en los meteoritos. Para comprobarlo, el equipo volvió a utilizar su catálogo de cráteres para datar las llanuras volcánicas.

De esos 19 cráteres, sólo dos fueron excavados en depósitos volcánicos jóvenes por un evento de impacto de hace 1,1 millones de años: el cráter 09-00015 y el cráter Tooting. Este último (que lleva el nombre de un barrio de Londres) parece haberse formado por un potente impacto oblicuo, el tipo de colisión que impulsaría muchos meteoritos marcianos al espacio.

"El cráter de Tooting presenta un tipo especial de depósito de eyección de varias capas que sugiere que había hielo o agua en el momento del impacto", afirma Peter Grindrod, científico planetario del Museo de Historia Natural de Londres que no participó en el estudio. Las simulaciones de impacto muestran que el hielo y el agua pueden generar más escombros, muchos de los cuales pueden escapar al espacio si se les da suficiente impulso.

Con todas estas pruebas, el equipo identificó el cráter de Tooting, de 30 kilómetros de longitud, como el principal sospechoso de ser la fuente de las shergottitas agotadas. "Es un argumento realmente bien armado", dice Daly. "Todo parece encajar".

Los científicos no han descartado por completo el cráter 09-00015, pero lo importante es que ambos cráteres "se encuentran en la región de Tharsis, donde desde hace tiempo se cree que un vasto punto caliente, o superpluma, produjo el enorme abultamiento de la superficie de Marte", dice Grindrod. Independientemente de cuál sea el cráter específico del que proceden los meteoritos, pueden informarnos sobre la historia de la mayor región volcánica de Marte.

El recuento de cráteres ha revelado previamente que algunas de las características de Tharsis se produjeron hace más de 3700 millones de años, pero los meteoritos de shergottita agotados más jóvenes tienen sólo unos cientos de millones de años. Esto sugiere que la superpluma de Tharsis es casi tan antigua como el propio Marte, y que siguió produciendo magma mucho después de que muchos otros centros volcánicos del planeta se extinguieran.

Al igual que las plumas de la Tierra, las plumas del manto de Marte ayudaron a dar forma a la evolución de la superficie del planeta, provocando la erupción de enormes volúmenes de gases que alteraron la atmósfera al tiempo que cambiaron drásticamente su topografía. La superpluma de Tharsis puede haber tenido una influencia casi continua en el desarrollo del planeta rojo.

Los días de frecuentes y prolíficas erupciones en Marte ya han quedado atrás. Pero el prolongado vulcanismo de Tharsis refuerza la idea de que incluso los planetas pequeños, aquellos que deberían haber perdido su calor interno hace eones, pueden seguir siendo volcánicamente activos durante mucho más tiempo del que se sospechaba en un principio.

Descifrando los cráteres de otros mundos

Animado por su descubrimiento, el equipo de Lagain espera identificar los cráteres de origen de otros meteoritos marcianos, incluidos algunos de los más antiguos, que podrían revelar más información sobre el pasado acuático de Marte.

Pero el éxito futuro, así como las implicaciones de este estudio, dependen de que el programa de aprendizaje automático cuente correctamente sus cráteres. El recuento de cráteres está plagado de dificultades: el ritmo de los impactos a lo largo del tiempo es estimado, por ejemplo, y las pequeñas estructuras circulares de Marte que se asemejan a los cráteres podrían engañar a un programa informático.

El aprendizaje automático "es una forma realmente inventiva de intentar abordar este problema", dice Lauren Jozwiak, vulcanóloga planetaria del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (Estados Unidos) que no participa en el estudio. "Vaya, espero que este método funcione", dice, porque si lo hace, "sería realmente genial tomar esto y aplicarlo a otros planetas".

Los autores del estudio coinciden. "Marte es genial", dice Benedix. "Pero este algoritmo y esta metodología no sólo son aplicables a Marte. Se puede aplicar a la Luna. Va a ser aplicado a Mercurio".

Si el aprendizaje automático realmente ha resuelto este viejo misterio de los meteoritos, se abre la puerta a todo tipo de posibilidades inimaginables. "Podría decirse que apenas estamos empezando a ver las implicaciones del aprendizaje automático en la ciencia planetaria", dice Grindrod.