Em Utopia Planitia, anel de manganês redefine a duração do oceano de Marte

Linha costeira mineral de Marte

Durante anos, cientistas observaram formas que lembram antigas linhas de costa nas planícies baixas do norte de Marte e viram nisso um indício forte de que ali existiu um oceano.

O debate nunca foi só sobre “se” houve água, mas sobre “por quanto tempo”. Esse oceano teria desaparecido em poucos milhares de anos ou resistido por um período longo em termos geológicos?

Agora, uma espécie de “mancha” química ao longo da borda de uma enorme bacia marciana deu aos pesquisadores uma estimativa concreta. A pista vem de um mineral que se acumula justamente onde a água encontra uma margem rasa - e isso muda a cronologia.

Mars’ mineral shoreline

Utopia Planitia é uma depressão de cerca de 3.300 quilômetros de largura no hemisfério norte de Marte, onde o rover chinês Zhurong pousou em 2021. O Dr. Yan Li, da Peking University (PKU), e colegas identificaram um anel de óxidos de manganês ao longo da sua borda.

As concentrações aumentam com a altitude, subindo de aproximadamente 2,7% em massa nos pontos mais baixos para 7,4% cerca de 9 metros acima. Os óxidos de manganês param de forma brusca em um limite superior bem definido, o mesmo padrão observado ao redor de lagos rasos na Terra.

Esse anel tem um nome formal - o “bathtub ring” - e aparece em águas rasas no nosso planeta, onde o manganês dissolvido oxida na interface entre a água e o ar. Em Marte, a mesma química deixou um “sinal” do mesmo tipo.

How AI helped

Identificar minerais de manganês por luz infravermelha é mais difícil do que parece - os óxidos formam camadas finas e irregulares, que espalham a luz de um jeito que métodos tradicionais não conseguem interpretar com confiança.

A equipe criou uma rede neural personalizada chamada SCANet, treinada com 13.742 leituras de infravermelho de amostras produzidas em laboratório para imitar condições do solo marciano.

O trabalho com IA foi possível graças a uma colaboração com pesquisadores da Beihang University (BUAA), cujos engenheiros atuaram na arquitetura de deep learning.

Depois veio a etapa de “big data”: mais de 5,7 milhões de medições do Zhurong e de orbitadores europeus e americanos.

As previsões da rede bateram com leituras químicas independentes feitas pelo instrumento a laser do rover.

Ring reveals ocean age

Um anel é um registro do momento, mas o grupo queria um relógio - e a química do manganês forneceu isso. O manganês dissolvido se transforma em minerais sólidos de óxido a uma taxa conhecida em água rasa, rica em oxigênio.

Ao combinar essa taxa com a faixa de profundidade onde o anel aparece, a conta entrega um intervalo de tempo. O resultado coloca a duração do oceano entre 0,8 e 1,5 milhão de anos. É a primeira vez que alguém conseguiu atribuir um número firme a isso.

Trabalhos anteriores já tinham apontado depósitos que lembram linhas de costa e canais enterrados na bacia. Há muito tempo os pesquisadores suspeitavam que um oceano antigo teria preenchido Utopia Planitia em Marte. Até este estudo, porém, ninguém conseguia dizer por quanto tempo ele permaneceu.

Mars enters a dry age

O anel se formou durante o Hesperiano - o período geológico intermediário de Marte - aproximadamente entre 3,7 e 3,4 bilhões de anos atrás. Essa janela ficou entre a juventude úmida de Marte e a era Amazônica fria e seca que veio depois.

A transição entre essas duas eras, por volta de 3 bilhões de anos atrás, parece ter encerrado o oceano marciano. Em seguida, veio o soterramento.

Erupções vulcânicas de Elysium Mons provavelmente empurraram lava pelas porções mais baixas da bacia, cobrindo grande parte do fundo marinho rico em manganês.

Atividade ligada ao clima frio perto do polo norte parece ter apagado feições de superfície mais ao norte, deixando a expressão mais nítida do anel ao sul de cerca de 45 graus de latitude.

O mapeamento também revisa a profundidade desse oceano em Marte, estimando entre 150 e 400 metros - mais raso do que sugeriam estimativas antigas.

Enough time for life

Um período de oceano estável em Marte da ordem de um milhão de anos supera o mínimo que os pesquisadores acreditam ser necessário para que a química básica da vida comece.

A mesma janela coincide com quando se estima que os primeiros microrganismos tenham surgido na Terra, por volta de 3,4 bilhões de anos atrás.

Modelagens da atmosfera de Marte primitivo sugerem episódios de aumento de oxigênio durante essa era - exatamente as condições de que a química do manganês precisaria.

Essa coincidência não prova que Marte abrigou vida, mas indica que a bacia teve tempo para isso.

O manganês também chama a atenção de astrobiólogos por outro motivo. Na Terra, microrganismos impulsionam boa parte da química de oxidação que forma esses mesmos minerais.

Isso torna zonas ricas em manganês alvos valiosos em futuras buscas por sinais de vida passada em Marte.

Future mission targets

Além da questão histórica, o anel de manganês tem valor prático. Esses depósitos podem ajudar a quebrar moléculas de água e liberar oxigênio.

Essa química poderia dar a futuras missões tripuladas um caminho para gerar ar respirável diretamente a partir da superfície marciana.

O manganês concentrado perto da borda da bacia também oferece alvos claros para planejadores de rovers - lugares onde vestígios de biologia antiga ainda poderiam estar preservados.

Marte costuma ser descrito como um planeta de episódios breves de água. O anel de manganês sugere o contrário.

Em Utopia Planitia, um oceano estável durou cerca de um milhão de anos, e o registro mineral do seu recuo ainda pode ser lido a partir da órbita.