Tenerife como análogo de marte: caracterización multianalítica (raman, drx, atr-ftir, sem y mössbauer) de muestras de interés planetario y astrobiológico
- Autores: Emmanuel A. Lalla
- Directores de la Tesis: Fernando Rull Pérez (dir. tes.), Jesús Martínez Frías (codir. tes.), Jesús Medina García (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Valladolid ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rosario Lunar Hernández (presid.), Valentín García Baonza (secret.), Jean Dubessy (voc.), Eva Mateo Martí (voc.), José María Alia Robledo (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: UVADOC
- Resumen
Introducción El programa Aurora es un ambicioso programa de la Agencia Espacial Europea (ESA) para la exploración planetaria a largo plazo, principalmente enfocada a Marte. Si bien a lo largo de los años el programa ha sufrido modificaciones como consecuencia de las situaciones políticas y económicas de los países integrantes del consorcio europeo espacial, la misión ExoMars y el laboratorio analítico Drawler apenas han experimentado variaciones en el programa original ya que, además de ser uno de los objetivos principales de la Agencia Espacial Europea (ESA) enmarcado en el programa Aurora, representa un reto científico y tecnológico para la comunidad científica europea. La misión ExoMars está compuesta principalmente por un orbitador y un Rover-lander (aterrizador) que irá equipado con un laboratorio analítico automático Drawler. El objetivo principal del rover es tratar de hallar los primeros indicios de vida en el planeta rojo (presente o pasada) e información sobre su contexto. La búsqueda de signos de vida pasados o presentes en la superficie o sub-superficie de Marte no es el único objetivo de la misión, ya que también la instrumentación europea tiene asignada otros objetivos como se detallan: ¿ Incrementar el conocimiento sobre la geoquímica pasada y presente de Marte.
¿ La distribución de agua pasada y presente.
¿ La exploración de la subsuperficie hasta dos metros mediante un taladro perforador.
¿ Estudiar los procesos de alteración hidrotermal sobre la superficie marciana.
La finalidad última de esta misión es ser el precursor de una misión a Marte con retorno para ser capaces de traer a la Tierra muestras marcianas. De esta manera, se podrá analizar el entorno de Marte con total detalle e incrementar nuestro conocimiento sobre el planeta rojo.
Es necesario hacer especial énfasis en el entendimiento de los materiales ígneos primarios y sus concernientes procesos de alteración (de carácter hidrotermal, subaéreo, submarino y de meteorización) ya que permitirá entender en profundidad la actividad vulcanológica pasada, la evolución y la habitabilidad de Marte.
Dentro del laboratorio analítico Drawler, el espectrómetro RLS (Raman Laser Spectrometer) es uno de los principales instrumentos insignia debido a las capacidades de la espectroscopia Raman. Sus ventajas radican en ser una técnica no destructiva capaz de cumplir con todos los objetivos/expectativas que la misión persigue, tanto de carácter geoquímico como astrobiológico. La dispersión Raman permite obtener información rotacional/vibracional de distintas estructuras, tanto orgánicas como inorgánicas y, de esta manera, la consecuente identificación de los compuestos, entre ellos: ¿ Compuestos orgánicos provenientes de la posible vida pasada o presente y fuentes meteoríticas.
¿ Compuestos minerales de alteración producidos por alteración biológica.
¿ Información sobre procesos acuosos en minerales, mediante la identificación de materiales primarios ígneos y la fases minerales secundarias debido a la interacción agua-roca (alteración submarina, alteración subaérea, alteración hidrotermal y procesos de meteorización).
El desarrollo científico detrás del instrumento es de fundamental importancia para mejorar sus capacidades futuras, en especial la calibración, condiciones espectroscópicas de medida y limitaciones del tamaño de grano. Es necesario, por tanto, comprobar el funcionamiento de los prototipos mediante el análisis de materiales similares obtenidos de varios afloramientos terrestres análogos, tanto in situ como en laboratorio. Hay que destacar que España cuenta con una gran diversidad de afloramientos para la comprobación de instrumental de carácter planetario. Uno de ellos es la isla de Tenerife dado que existe una gran variedad geofísica y geomorfológica desde el punto de vista vulcanológico, presentando unos paisajes de carácter ígneos espectaculares. Además, la extrapolación de los procesos de alteración sufridos en los afloramientos ígneos de la isla podría incrementar el conocimiento de la geología marciana. A lo largo de la historia geológica de Tenerife se pueden observar los siguientes procesos: ¿ Alteración submarina en la zona del macizo Anaga con la existencia de lavas almohadilladas.
¿ Alteración meteórica en la zona de la Caldera de Las Cañadas, afloramientos históricos (Volcanismo histórico), zona del MalPaís de Güimar, etc.
¿ Alteración subaérea e interacción hidrotermal en la zona de Los Azulejos.
Los distintos procesos mencionados anteriormente transformaron la mineralogía primaria (olivínica, piroxenica y feldespática) en materiales secundarios como óxidos, oxihidróxidos, arcillas, sulfatos o carbonatos dependiendo del entorno geoquímico.
Realizando un completo análisis mediante la técnica Raman de las distintas zonas, tanto in situ como en el laboratorio, se obtendrán dos objetivos: poder plantear Tenerife como un posible análogo volcánico terrestre para las pruebas de las futuras misiones a Marte y maximizar las capacidades del instrumento y la ciencia que conlleva detrás.
Contenido de l Investigación Se presenta una colección completa de materiales de carácter ígneo enfatizando su analogía con Marte y su caracterización espectral Raman para crear una base de datos de muestras considerando los diferentes procesos alteracionales sobre las muestras (alteración hidrotermal, alteración subaérea, alteración submarina, etc.). La identificación Raman de las especies minerales será de importancia para futura interpretación de los datos que serán recibidos del instrumento RLS en la misión ESA-ExoMars, especialmente en el contexto geológico. Los estudios realizados en la tesis presentan una identificación mineralógica y geoquímica, mediante espectroscopía Raman, de las especies minerales de diferentes afloramientos de Tenerife y su posible analogía con Marte. Dada la cantidad de especies minerales y variedad de afloramientos volcánicos existe una limitación con respecto a la descripción detallada de procesos alteracionales que afectan a la colección de muestras obtenidas. Aunque el contexto geológico, la mineralogía y la caracterizción Raman ofrecerá una gran cantidad pistas e indicios sobre la diversidad de materiales volcánicos en Marte y sus procesos relacionados, fundamentalmente en la historia temprana de Marte. Por otro lado, la complementación de los análisis Raman con otras técnicas secundarias, como la espectroscopia infrarroja, difracción de rayos X, microscopia electrónica y la espectroscopia Mossbaüer (siendo técnicas usadas anteriormente en misiones espaciales), son necesarias para incrementar las capacidades del futuro instrumento. De esta manera, mediante un análisis comparativo y detallado, se puede obtener información completa sobre la mineralogía considerando las distintas reglas de selección (tanto de carácter vibracional como excitacional) y tamaño de partícula/grano.
Conclusión La espectroscopia Raman ha demostrado ser una herramienta muy potente para la identificación mineralógica y para el estudio de los distintos procesos de interacción roca/fluido, procesos de alteración hidrotermal, alteración subaérea y alteración submarina. Se ha podido identificar mediante esta técnica toda la mineralogía primaria de carácter ígneo y todas las especies minerales de carácter secundario debido a los distintos procesos de alteración. De esta manera, se ha demostrado que la espectroscopia Raman será de fundamental importancia para la misión ExoMars de la Agencia Espacial Europea ya que durante el desarrollo de las medidas realizadas no ha sido necesario realizar preparaciones previas sobre las muestras.
Se realizó un estudio pormenorizado de la isla de Tenerife encontrándose zonas análogas a las encontradas en Marte. En estos afloramientos se puede observar que las erupciones basálticas en la isla no se han interrumpido a lo largo de los distintos episodios que la configuran. Se pueden encontrar manifestaciones violentamente explosivas, generación de lavas almohadillas, formación de calderas, manifestaciones sálicas, etc. Además, se puede apreciar que los escudos y plataformas antiguas han estado sometidos a diversos episodios de alteración: subaéreos, de alteración de agua meteórica, procesos con agua submarina e interacción con fluidos hidrotermales. De esta forma se crearon una gran variedad de minerales secundarios tipo ópalos, carbonatos, sulfato, zeolitas, óxidos secundarios, oxihidróxidos y arcillas, entre otros. Hay que destacar la existencia de materiales amorfos (sílice), los cuales solo se han podido identificar a través de sus vibraciones principales ya que podrían encontrarse en proceso de alteración. De esta manera, la gran variedad de paisajes y procesos geológicos sirven de análogos para procesos y paisajes del entorno marciano, especialmente los de carácter volcánico.
Las técnicas complementarias han ayudado a complementar los resultados de la espectroscopia Raman, permitiendo confirmar las especies halladas mediante la primera técnica. La baja cantidad de las especies minerales minoritarias no ha permitido la detección bajo difracción de rayos X y espectroscopia infrarroja.
La técnica Mossbauer ha permitido identificar diversos materiales teniendo en cuenta la concentración de hierro, confirmando y complementando los resultados obtenidos en espectroscopia Raman para estos tipos de especies minerales. Los resultados han sido comparados con los obtenidos por el instrumento MIMOSII en la misión MER-NASA, demostrando la similitud de los materiales primarios marcianos con los de origen volcánico en la isla de Tenerife. Además, se han podido identificar materiales de alteración con alto contenido de Fe confimando los procesos sufridos en cada entorno geológico Las aplicaciones de carácter astrobiológico con aminoácidos se han realizado satisfactoriamente. Los experimentos con la cámara de simulación de entorno planetario PASC han demostrado la versatilidad de la misma y la combinación de la espectroscopía Raman e infrarroja ha confirmado ser muy sensible para el estudio de este tipo de experimentos, enfatizando la detección de moléculas orgánicas para futuras misiones planetarias.
La base de muestras, siguiendo la metodología explicada anteriormente, se ha aplicado satisfactoriamente, permitiendo tener acceso web a todos los datos, analisis y experimentos realizados.
El simulador RLS, operando de manera automática, ha permitido detectar casi todas las especies minerales obtenidas frente a los análisis realizados por un operador. Con respecto a los análisis de las muestras en polvo en algunos casos no se han detectado las especies minerales dada la poca cantidad, pero por otra parte este tipo de metodología ha permitido detectar otras especies que no son visualmente diferenciables. La medida automática de muestras pulverizadas incrementa las posibilidades de detección de especies minoritarias comparada con el análisis de matrices sólidas.
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