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Geologa Planetaria Coordinadora: Olga Prieto

Miembros de la lnea de investigacin: Jos Javier lvaro Blasco , Ricardo Amils Pibernat, Tania Barragan Gonzalez, David Fernndez Remolar, Maite Fernndez Sampedro , Miriam Garca Villadangos , Damhait Gleeson , Felipe Gmez Gmez , Laura Jimnez Bonales , Fernando Izquierdo Ruiz, Emmanuel Alxis Lalla, Mara Paz Martn Redondo, Jess Martnez Fras , Paloma Martnez Sarmiento, Jess Medina Garca, Irene Melero Asensio , Antonio Molina Jurado, Victoria Muoz Iglesias , Delphine Nna Mvondo, Jens Olof Orm, Fernando Rull Prez, Mnica Snchez Romn, Antonio Sansano Caramazana, Jos Aurelio Sanz Arranz, Fernando Tornos Arroyo, Jess Ignacio Velasco Acebes, Gloria Venegas del Valle

Resumen: La Geologa Planetaria se ocupa del estudio de los objetos planetarios del Universo que poseen superficies slidas, incluyendo la Tierra. En concreto, esta disciplina cientfica investiga la composicin, la estructura y los procesos y agentes por los cuales planetas, satlites, cometas, asteroides y meteoritos evolucionan desde su formacin. Estos aspectos son clave para determinar la habitabilidad de los ambientes planetarios, y perfilan, bsicamente, los objetivos principales de esta lnea de investigacin del CAB, que son: 1) la participacin en misiones de exploracin planetaria, 2) la determinacin de la influencia de la geologa en ambientes extremos actuales y de paleo-ambientes terrestres que pueden ser anlogos a los desarrollados en otros planetas, 3) la caracterizacin del material planetario en relacin con la habitabilidad, y 4) la explicacin de los procesos geolgicos que afectan a la evolucin de los planetas y satlites. La estrecha relacin con otros campos de la Astrobiologa, que surge de forma natural durante la aproximacin a estos problemas, queda bien reflejada en las actividades que se han efectuado durante el 2012.

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Participacin en misiones planetarias

La experiencia de los investigadores de esta lnea en Geologa Planetaria y Astrobiologa es requerida para el desarrollo de instrumentos y en la planificacin de misiones planetarias a distintos cuerpos del sistema solar. El ao 2012 ha sido muy fructfero para el CAB en cuanto a la participacin en misiones planetarias, pudindose recalcar dos hitos en los que algunos investigadores de la lnea de Geologa Planetaria han sido protagonistas. En Mayo de 2012, la agencia espacial europea (ESA) anunci la eleccin de la misin JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer), como la primera misin de gran presupuesto en ejecutarse dentro del programa Cosmic Vision. Esta misin, en cuya planificacin se ha trabajado ms de un lustro, se lanzar hacia la rbita del sistema de Jpiter en el ao 2022. Los temas principales de esta misin son la exploracin de la emergencia de mundos habitables alrededor de planetas de gas gigantes, con especial inters en el estudio del satlite Ganimedes, y el examen del sistema de Jpiter como arquetipo de ese tipo de planetas en el Universo. Otro acontecimiento importante ocurri en Agosto de 2012, cuando el rover Curiosity de la misin MSL (Mars Science Laboratory) de la NASA (National Aeronautics ans Space Administration) lleg a la superficie de Marte y comenz a explorar este planeta. Desde ese momento, el equipo cientfico del instrumento REMS (Rover Environmental Monitoring Station) liderado por el CAB, con participacin de miembros de esta lnea, empez las operaciones de toma e interpretacin de datos. REMS informa diariamente sobre la presin atmosfrica, la humedad y la radiacin ultravioleta de la superficie marciana, datos de gran relevancia para entender cmo es el ambiente actual y los procesos que pueden afectar a las rocas de la superficie del planeta.

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El espectrmetro Raman de la futura misin ExoMars, encabezado por miembros de esta lnea, contina en desarrollo tecnolgico y cientfico con xito. Se han alcanzado progresos importantes en el espectrmetro, con calificacin de componentes en temperatura, radiacin, etc., as como, en el diseo trmico y mecnico. Se ha trabajado intensamente en el lser de excitacin con objeto de optimizar sus prestaciones y estabilidad, y se han iniciado actividades de diseo del cabezal ptico, cuya responsabilidad dentro del consorcio internacional recaa hasta el momento en el equipo de Alemania, pero ahora es tambin parte espaola. En paralelo se han ejecutado gran cantidad de ensayos en INTA para establecer el modelo radiomtrico del espectrmetro, estimar las funciones de calibracin a diferentes temperaturas y verificar los requisitos cientficos. Los resultados obtenidos de estos ensayos han sido excelentes. Tambin se han realizado avances sustanciales en el software, algoritmos de tratamiento espectral y modo de operacin. Entre las actividades de ciencia de soporte al instrumento cabe destacar las relacionadas con el simulador de la operacin del instrumento, que incluyen en 2012, el desarrollo de una cmara de ambiente marciano con un dispositivo de distribucin y aplanado de muestras policristalinas siguiendo el procedimiento del rover de ExoMars, y la realizacin de gran cantidad de ensayos sobre muestras geolgicas relevantes para la misin. Esta cmara ha sido considerada de gran valor por la ESA para realizar pruebas futuras en coordinacin con el laboratorio analtico del rover. Entre los ensayos, son de importancia los combinados con otros instrumentos de la misin como MOMA y MicrOmega, y en particular las pruebas sobre muestras desconocidas donde Raman ha demostrado una gran capacidad de deteccin tanto en minerales, como en materiales orgnicos y tambin en el anlisis de percloratos en

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muestras policristalinas.

Adems, se ha participado en reuniones cientficas relacionadas con el desarrollo de estrategias de exploracin y tcnicas de deteccin de vida en muestras recuperadas por medio de una misin futura de retorno de muestras desde Marte. Del mismo modo, los miembros de la lnea de investigacin tambin estn participando con su experiencia geolgica en el desarrollo de las Espectrmetro de imgenes de rayos X (MIXS) para la misin Bepi Colombo a Mercurio, que se lanzar en 2015. Este instrumento geolgico de referencia se centrar en los efectos de los crteres de impacto, el proceso dominante de la superficie de Mercurio y la mayora de otros objetos slidos en el sistema solar. La contribucin se lleva a cabo mediante experimentos en el laboratorio de formacin de crteres de impacto del CAB (Fig. 1A), como as como a travs de la teledeteccin y los estudios de campo de crteres de impacto naturales.

Caracterizacin de la geologa de ambientes extremos actuales y paleo-ambientes

Durante el periodo 2012 se han visitado diversos ambientes extremos de gran inters para la Astrobiologa. Los trabajos geolgicos de campo se han combinado con la realizacin de anlisis mineralgicos, geoqumicos y biogeoqumicos de las muestras obtenidas durante las campaas. Estos anlisis se realizaron tanto en las instalaciones de los laboratorios del CAB como en otros institutos con los que se colabora, como la Universidad de Ontario Oeste (Canad), el museo de Historia Natural de Londres (Reino Unido) o la Universidad de Salamanca (Espaa). La mayor parte de los ambientes que han sido explorados poseen analogas parciales con algunos ambientes observados en los objetos planetarios de nuestro sistema solar, como Marte o Europa. En el caso

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de la exploracin de lugares poco accesibles, su estudio ha sido viable gracias al apoyo de investigadores e instituciones locales, como es el caso del GNS-Science (Instituto de Geologa y Ciencias Nucleares de Nueva Zelanda), la Universidad de Chile, o del Comit Polar espaol y el ejrcito de tierra que gestiona las bases antrticas.

Como ejemplo de ambientes extremos activos explorados en 2012 destacan los sistemas hidrotermales de fondo marino de Nueva Zelanda o los localizados en reas de clima fros como los de Isla Decepcin (Antrtida). Tambin se ha trabajado en el estudio de la gnesis de magmas particulares de magnetita-apatito y sistemas hidrotermales asociados de los Andes (Chile). Ambientes fsiles de los sistemas hidrotermales se estn estudiando desde hace tiempo en El Jaroso, Cabo de Gata y la Faja Pirtica, (Espaa). En este sentido, cabe destacar la continuacin del desarrollo del proyecto de financiacin europea Iberian Pyrite Belt Subsurface Life (IPBSL), que ha requerido la perforacin del basamento del Rio Tinto para el muestreo de la comunidad de microorganismos que inducen las condiciones extremas del ro desde su nacimiento. En el ao que nos ocupa, se acab de perforar el sondeo ms largo del proyecto que alcanz 613 metros de profundidad. Durante esta campaa se ha procedido igualmente a la perforacin y muestreo de las terrazas del sistema fluvial del Ro Tinto para la evaluacin del grado de preservacin de la informacin biolgica en condiciones extremas a lo largo de los ltimos 7 millones de aos. Adems, se ha muestreado el interior de cuevas como las de la zona de Almera (Espaa) o el norte de Italia para determinar los procesos de cristalizacin de minerales (carbonatos y sulfatos) que all aparecen.

En algunos casos, el inters de un rea geolgica radica en que sus rocas registran periodos de la historia de la

Figura 1. Simulacin de procesos planetarios y entornos en las instalaciones singulares del CAB. A) Cmara Experimental de Impacto de Proyectiles (EPIC) en el Laboratorio Experimental de Crteres de Impacto y B) El equipo de alta presin para el anlisis de la geoqumica planetaria.

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Tierra en los que ocurrieron acontecimientos decisivos para el ambiente o la biologa del planeta. Esto ocurre en diversos afloramientos estudiados del Neo-Proterozoico-Cmbrico que incluyen comunidades microbianas primitivas (Montaa Negra en Francia, Atlas en Marruecos, Ossa Morena en Portugal y Espaa, o en el Bltico de Rusia) (Fig. 2).

Durante el ao 2012 se han obtenido resultados interesantes de los anlisis sobre muestras de campaas de aos anteriores como: detalles sobre la sedimentacin y asociaciones de microorganismos con mineralizaciones hidrotermales en rocas del Proterozoico (Burkina Faso) y de cuencas salinas del Neoproterozoico-Cmbrico (Mauritania), evidencias por medio del anlisis TOF-SIMS de agregados orgnicos comparables a estructuras celulares bacterianas en rocas de edad arcaica obtenidas en la campaa de Barbeton (Sudfrica), deteccin de molculas portadoras de informacin biolgica de gran detalle como ADN, protenas o complejos proteicos que tienen un gran potencial de preservacin en los depsitos hipersalinos de Atacama (Chile) que son anlogos de los depsitos de cloruros de Terra Sirenum en Marte, o detalles de las comunidades microbianas asociadas al permafrost de la Isla Decepcin (Antrtida).

Adems, se ha participado en la cartografa de las hojas 1/50 000 de El Atrous, Irara, Merzouga, MFis y Taouz (Tafilalt, Anti-Atlas oriental); Ministerio de la Energa y la Minera, Marruecos.

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Caracterizacin del material planetario en relacin con la habitabilidad

Los elementos esenciales para la vida estn contenidos en los materiales que constituyen la geosfera, atmosfera e hidrosfera de los objetos planetarios. En la lnea de Geologa Planetaria se investiga la mineraloga y los fluidos planetarios y sus interacciones desde diferentes aproximaciones. Un mtodo que se aplica es mediante el anlisis experimental, tanto de muestras naturales (meteoritos, por ejemplo), como sintticas. Otro procedimiento para obtener informacin sobre la composicin de los objetos planetarios es a partir de los datos de los sensores de las misiones espaciales como espectrmetros en rangos de longitud de onda diferentes o espectrmetros de masa. Una gran ventaja con la que cuentan los investigadores del CAB es la de disponer instalaciones para realizar simulaciones experimentales de ambientes planetarios. Entre dichas infraestructuras se incluye el equipo de altas presiones, que permite estudiar materiales slidos y lquidos en las condiciones propias de los ambientes planetarios profundos, como los ocanos de los satlites de hielo y los nichos sepultados en la corteza de planetas rocosos. Durante el 2012 se han realizado algunas modificaciones concretamente a este equipo para optimizar el control de la temperatura y la obtencin de la seal espectroscpica dentro de las cmaras (Figura 1B), y se han llevado a cabo diversos experimentos de caracterizacin de materiales a alta presin. Un ejemplo es el de cristalizacin de asociaciones de minerales hidratados a las presiones reinantes en la corteza y

Figura 2. A) Imagen de un estromatolito columnar en una roca carbonatada que marca la glaciacin Marinoense (Ediacrico basal) en Kayes (Mali) tomada con un microscopio petrogrfico con luz paralela. Se observa una alternancia de capas de tapetes microbianos y cemento de barita (BaSO4), desarrollados sobre una emanacin hidrotermal de baja temperatura, donde el azufre lo aporta el mar y el bario el fluido hidrotermal). B) Brechas de talud flanqueando un complejo arrecifal microbiano del Cmbrico inferior de la unidad de Ossa-Morena (canteras de Estremoz, Portugal).

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ocano de Europa, cuyos resultados han servido para evaluar la evolucin de los criomagmas que intervienen en la movilizacin del agua lquida de este satlite de hielo. Estos experimentos forman parte de la colaboracin con la red de cientficos espaoles que trabaja en alta presin en el marco de un proyecto Consolider-Ingenio (MALTA).

Asimismo, la elaboracin de bases de datos espectrales de minerales para aplicaciones del instrumento Raman de ExoMars ha continuado durante este periodo. Se han analizado los cambios producidos en los materiales debido a las condiciones marcianas y en los fenmenos de transformacin estructural (hidratacin-deshidratacin, sobre todo) que pueden suceder cuando las muestras obtenidas debajo de la superficie marciana entran al rover para su anlisis.

Caracterizacin de procesos geolgicos

La evolucin de los objetos planetarios est determinada por procesos geolgicos que afectan a su dinmica interna o externa. Algunos de estos procesos son de especial inters porque tienen efecto sobre los posibles ambientes en los que se puede desarrollar la vida, o inducir a que prospere, ya que pueden desembocar en la formacin de hbitats mediante el acceso a una fuente de energa (hidrotermalismo) y al espacio (por fracturacin).

El fenmeno de la craterizacin est extendido a todos los planetas del sistema solar y tiene gran relevancia en Astrobiologa pues perturba enormemente las propiedades de la superficie del objeto que recibe el

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impacto. El proceso de craterizacin es sensible a las propiedades de la superficie del objeto, por lo que un anlisis de este proceso exgeno puede usarse para reconstruir paleo-ambientes en los que se alberg la vida o est actualmente presente, por ejemplo reservorios acuosos o de interfase hielo/tierra. En el laboratorio de crteres de impactos del CAB se estudian los procesos de impacto meteortico mediante experimentos en las cmaras de simulacin de impactos con proyectiles (EPIC, Experimental Projectile Impact Chamber), con simulaciones numricas, con estudios de campo en crteres naturales y mediante el anlisis de datos de anlogos planetarios. Durante el 2012 ha finalizado la instalacin del hardware de las instalaciones, y se han realizado pruebas para comprobar las relaciones de escala entre los crteres de impacto experimentales y los grandes crteres naturales. El proceso de impacto se analiza con una nueva cmara fotogrfica de alta resolucin. Se han realizado experimentos con ngulos de impacto oblicuos en objetivos estratificados, esenciales para la comprensin de la corteza superior de Marte, impactos en entornos ocenicos, as como clculos sobre las tcnicas de desviacin de objetos cercanos a la Tierra que ponen en peligro la vida. Adems, se visitaron estructuras de impacto consideradas de referencia para objetivos marinos estratificados que llevan ya tiempo siendo estudiadas como la estructura doble Lockne/Maligen (Suecia), y la estructura de Vakkejokk, recientemente descubierta en el rtico sueco que muestra caractersticas prometedoras de depsitos de eyeccin en un ambiente hmedo.