Al igual que la Tierra, Marte experimenta cuatro estaciones a lo largo del año debido a la inclinación de su eje de rotación. Durante el otoño e invierno marcianos, las temperaturas en sus regiones polares pueden descender por debajo del punto de congelación del dióxido de carbono (-125°C, aproximadamente), el cual constituye el 95% de la atmósfera marciana en volumen. Este dióxido de carbono puede depositarse en la superficie del planeta rojo ya sea precipitando en forma de nieve o condensando directamente en forma de escarcha.

Anualmente, hasta un tercio del dióxido de carbono atmosférico se intercambia entre la atmósfera y la superficie marciana mediante un ciclo estacional de deposición y sublimación. Estos depósitos estacionales pueden extenderse desde los polos hasta aproximadamente los 50° de latitud.

«Si París estuviera situado en Marte, estaría cubierto por una fina capa de nieve y escarcha de dióxido de carbono durante parte del invierno», explica Haifeng Xiao, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía – CSIC. «Este proceso estacional representa un ciclo volátil crucial en Marte, y su estudio detallado con una alta resolución temporal y espacial contribuiría significativamente a comprender la dinámica global del clima marciano».

Estimar el grosor de esta nieve y escarcha estacional puede ser clave en el diseño de futuras misiones a la superficie marciana cuyo objetivo sea descifrar el paleoclima del planeta rojo perforando los llamados Depósitos Estratificados Polares del Norte (NPLD). Estos depósitos son un conjunto de capas de hielo de agua y polvo apiladas sobre el polo norte marciano a lo largo de millones de años. Su registro puede proporcionar información valiosa sobre la evolución climática de nuestro planeta vecino desde el pasado hasta la actualidad.

Nuevo método para medir el espesor de nieve en Marte 

En un reciente trabajo publicado en Journal of Geophysical Research: Planets, Haifeng Xiao y un equipo con una importante participación de miembros del IAA-CSIC proponen un enfoque innovador para estimar el grosor de estos depósitos estacionales mediante la observación de las variaciones en la sombra de grandes bloques de hielo. Estos bloques se forman por desprendimiento de hielo fracturado y quedan a los pies de las escarpas empinadas presentes en el NPLD. El grosor de la nieve y escarcha depositada alrededor de ellos varía a lo largo de las diferentes estaciones del año marciano.

Ilustración del NPLD y bloques de hielo al pie de un escarpe empinado en una vista 3D con una imagen HiRISE adquirida durante el verano. La diferencia de elevación desde la cima del NPLD hasta la Unidad Basal en la parte inferior es de aproximadamente 600 m. Se pueden ver mantos de escombros al pie del escarpe. El mapa insertado muestra ejemplos típicos de bloques de hielo. Imagen: High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE).

«Proponemos utilizar las variaciones en las sombras de estos bloques de hielo, detectadas en las imágenes de alta resolución del HiRISE, un instrumento a bordo del Orbitador de Reconocimiento de Marte (MRO) de la NASA, lanzado en 2005», explica Luisa Lara, investigadora del IAA-CSIC y una de los coautoras del trabajo.

«Gracias a su impresionante resolución espacial de hasta 25 cm y a una serie de hipótesis razonables sobre la distribución de la nieve y la escarcha alrededor de estos bloques, hemos logrado relacionar inequívocamente la longitud de la sombra del bloque de hielo con su altura. Esto nos ha permitido estimar con gran precisión el espesor tanto de la nieve como de la escarcha depositadas, incluso a finales del invierno y comienzos de la primavera marciana, cuando la calidad de las imágenes de HIRISE no es tan buena», concluye Pedro Gutiérrez, otro de los autores del trabajo e investigador del IAA-CSIC.

Más nieve de lo esperado

Este método innovador fue probado en un acantilado empinado ubicado aproximadamente a 85.0°N, 151.5°E del Polo Norte marciano. Los resultados demostraron que el aumento en el grosor debido a la acumulación estacional de nieve y escarcha podría alcanzar hasta 1.6 metros hacia finales del invierno. «Suficiente para cubrir un automóvil», señaló Haifeng Xiao, «para luego disminuir gradualmente a medida que el planeta rojo avanza hacia su solsticio de verano».

La contribución de la nieve por sí sola es de aproximadamente 1 metro. Este valor es aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor que el espesor promedio predicho por modelos recientes de nevadas en Marte, lo que indica que las tormentas locales asociadas con grandes acumulaciones de dióxido de carbono pueden ser más frecuentes y violentas de lo estimado hasta ahora. Cabe destacar, además, que esta estimación también difiere de los valores obtenidos previamente con el instrumento Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) a bordo de la misión de NASA, Mars Global Surveyor (MGS). “Aunque nuestra medición de nieve es solo en un escarpe específico y su medición es un promedio sobre latitudes, esta gran diferencia en la comparación ya es interesante”, declara Haifeng Xiao.

Además, este nuevo enfoque permitió discernir que la contribución de las nevadas al grosor y volumen de la capa de nieve estacional durante el invierno es mayor en comparación con la condensación superficial directa en forma de escarcha.

«Por último, pero no menos importante, la aplicación de nuestro método a un conjunto de imágenes de HIRISE desde 2008 hasta 2021 permitió detectar variaciones interanuales en el espesor de las nevadas. De hecho, demostramos que la nieve en 2021 alcanzó una profundidad aproximadamente 0.36 metros mayor que la medida una década antes, en 2011», señala Haifeng Xiao.

Un método prometedor

En resumen, las mediciones del espesor de nieve y escarcha de dióxido de carbono obtenidas gracias a este nuevo método, basado en la variabilidad de la sombra de los grandes bloques de hielo en la superficie marciana, revelan la dinámica del ciclo volátil marciano y pueden ser utilizadas para refinar los modelos climáticos de Marte.

“Esperamos que en el futuro, al aplicar este método a otras ubicaciones marcianas, podamos obtener una imagen completa de la evolución de la nieve y la escarcha en la superficie del planeta a lo largo de los años, así como su relación con las tormentas de polvo y el transporte de hielo de agua.», concluye Haifeng Xiao.

Referencia: 

‘Thickness of the Seasonal Deposits at the Martian North Polar Region From Shadow Variations of Fallen Ice Blocks’. JR Planets