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Curiosity: trovati indizi di antico ghiaccio marziano sepolto nelle rocce

25 maggio 2020
Studiando gli elementi chimici presenti oggi su Marte, inclusi carbonio e ossigeno, gli scienziati possono ricostruire la storia di un pianeta che una volta aveva le condizioni necessarie per sostenere la vita. Utilizzando il rover Curiosity della NASA, gli scienziati hanno trovato prove dell'esistenza di laghi di lunga durata e hanno anche scavato trovando composti organici e elementi chimici della vita.

Studiando gli elementi chimici presenti oggi su Marte, inclusi carbonio e ossigeno, gli scienziati possono ricostruire la storia di un pianeta che una volta aveva le condizioni necessarie per sostenere la vita. Intrecciare questa storia, elemento per elemento, a 225 milioni di chilometri di distanza è un processo molto scrupoloso ma i rover e gli orbiter di Marte hanno confermato che un tempo il pianeta aveva acqua liquida, grazie a indizi che includono letti di fiumi asciutti, coste antiche e chimica salata della superficie. Utilizzando il rover Curiosity della NASA, gli scienziati hanno trovato prove dell'esistenza di laghi di lunga durata e hanno anche scavato trovando composti organici e elementi chimici della vita. Questa combinazione di acqua liquida e di composti organici ha portato dunque gli scienziati a continuare a cercare su Marte i segni di una vita passata o presente.
Nonostante le prove allettanti trovate finora, la comprensione degli scienziati sulla storia marziana è ancora in corso con alcune importanti domande aperte al dibattito. Per esempio, l'antica atmosfera marziana era abbastanza densa da mantenere il pianeta caldo, e quindi bagnato, per il tempo necessario a germogliare e nutrire la vita? E per quanto riguarda i composti organici sono segni di vita o solo chimica che si sviluppa quando le rocce marziane interagiscono con l'acqua e la luce del sole?
In un recente rapporto di Nature Astronomy su un esperimento pluriennale condotto nel laboratorio di chimica all'interno della pancia di Curiosity chiamato Sample Analysis at Mars (SAM), un team di scienziati ha offerto alcuni spunti per aiutare a rispondere a queste domande. Il team ha scoperto che alcuni minerali nelle rocce del cratere Gale potrebbero essersi formati in un lago coperto di ghiaccio. Questi minerali potrebbero essersi formati durante una fase fredda tra periodi più caldi o dopo che Marte ha perso gran parte della sua atmosfera e ha iniziato a diventare permanentemente freddo.
Il Gale è un cratere delle dimensioni del Connecticut e Rhode Island messi insieme. È stato selezionato come sito di atterraggio di Curiosity nel 2012 perché mostrava segni di acqua del passato, inclusi minerali di argilla che potrebbero aiutare a intrappolare e preservare antiche molecole organiche. Infatti, mentre era in esplorazione alla base di una montagna al centro del cratere chiamata Monte Sharp, Curiosity ha trovato uno strato di sedimenti spesso 92 metri che si è deposto come fango negli antichi laghi. E secondo alcuni scienziati, per formare così tanto sedimento deve essere stata necessaria un'incredibile quantità di acqua in quei laghi da milioni a decine di milioni di anni caldi e umidi. Ma alcune caratteristiche geologiche trovate nel cratere suggeriscono anche un passato che ha incluso condizioni di freddo e ghiaccio.
"Ad un certo punto, l'ambiente di superficie di Marte deve aver subito una transizione dal caldo e umido al freddo e secco, come è ora, ma esattamente quando e come sia accaduto è ancora un mistero", afferma Heather Franz, geochimico della NASA con sede presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland.
Franz, che ha guidato lo studio SAM, ha osservato che fattori come i cambiamenti nell'inclinazione di Marte e la quantità di attività vulcanica avrebbero potuto far sì che il clima marziano si alternasse tra caldo e freddo nel tempo. Questa ipotesi è sostenuta da cambiamenti chimici e mineralogici nelle rocce marziane che mostrano che alcuni strati si sono formati in ambienti più freddi e altri in quelli più caldi. In ogni caso, afferma Franz, la serie di dati raccolti finora da Curiosity suggerisce che il team abbia di fronte prove del cambiamento climatico marziano registrate nelle rocce.

Il ciclo del carbonio e dell'ossigeno nella storia del clima marziano

Il team di Franz ha trovato prove di un antico e freddo ambiente dopo che il laboratorio SAM ha estratto i gas anidride carbonica, o CO2, e ossigeno da 13 campioni di polvere e roccia. Curiosity ha raccolto questi campioni nel corso dell'equivalente di cinque anni terrestri. La CO2 è una molecola di un atomo di carbonio legata con due atomi di ossigeno, con il carbonio che funge da testimone chiave nel caso del misterioso clima marziano. In realtà, questo elemento semplice ma versatile, è fondamentale quanto l'acqua nella ricerca della vita. Sulla Terra, il carbonio scorre continuamente attraverso l'aria, l'acqua e la superficie in un ciclo ben compreso che è il cardine della vita. Ad esempio, le piante assorbono carbonio dall'atmosfera sotto forma di CO2. In cambio, producono ossigeno, che gli esseri umani e la maggior parte delle altre forme di vita usano per la respirazione in un processo che termina con il rilascio di carbonio nell'aria, di nuovo tramite CO2, o nella crosta terrestre quando le forme di vita muoiono e vengono sepolte.
Gli scienziati hanno scoperto che esiste anche un ciclo del carbonio su Marte e sono al lavoro per comprenderne i meccanismi. Con poca acqua o scarsa abbondanza di vita superficiale sul Pianeta Rosso almeno negli ultimi 3 miliardi di anni, il ciclo del carbonio è molto diverso da quello terrestre.



"Tuttavia, il ciclo del carbonio è ancora in corso ed è ancora importante perché non solo aiuta a rivelare informazioni sull'antico clima di Marte", afferma Paul Mahaffy, investigatore principale di SAM e direttore della divisione di esplorazione del Sistema Solare presso la NASA Goddard. "Ci sta anche dimostrando che Marte è un pianeta dinamico che fa circolare elementi che sono i mattoni della vita così come la conosciamo."

I gas nel periodo freddo

Dopo che Curiosity ha immesso campioni di roccia e polvere nel SAM, il laboratorio ha riscaldato ciascuno di essi a quasi 900° C per liberare i gas presenti al loro interno. Osservando le temperature raggiunte dal forno quando i campioni hanno rilasciato CO2 e ossigeno, gli scienziati hanno potuto capire da che tipo di minerali provenivano i gas, comprendendo come il ciclo del carbone sta avvenendo su Marte.
Vari studi hanno suggerito che l'atmosfera antica di Marte, contenente principalmente CO2, potrebbe essere stata più spessa di quella terrestre. La maggior parte è andata perduta nello spazio ma alcuni gas possono essersi immagazzinati nelle rocce sulla superficie del pianeta, in particolare sotto forma di carbonati, che sono minerali costituiti da carbonio e ossigeno. Sulla Terra, i carbonati vengono prodotti quando la CO2 dall'aria viene assorbita negli oceani e in altri corpi idrici e quindi mineralizzata in rocce. Gli scienziati pensano che lo stesso processo sia accaduto su Marte e questo potrebbe aiutare a spiegare cosa è successo ad alcune atmosfere marziane.

Tuttavia, le missioni su Marte non hanno trovato abbastanza carbonati in superficie per sostenere la tesi di un'atmosfera densa.

I pochi carbonati rilevati da SAM hanno mostrato qualcosa di interessante sul clima marziano attraverso gli isotopi di carbonio e ossigeno immagazzinati in essi. Gli isotopi sono versioni di ogni elemento con masse diverse. Poiché diversi processi chimici, dalla formazione rocciosa all'attività biologica, utilizzano questi isotopi in proporzioni diverse, i rapporti tra isotopi pesanti e leggeri in una roccia forniscono agli scienziati indizi su come si è formata la roccia. In alcuni carbonati trovati da SAM, gli scienziati hanno notato che gli isotopi dell'ossigeno erano più leggeri di quelli nell'atmosfera marziana. Ciò suggerisce che i carbonati non si sono formati molto tempo fa semplicemente dalla CO2 atmosferica assorbita in un lago, se così fosse gli isotopi di ossigeno nelle rocce sarebbero stati leggermente più pesanti di quelli nell'aria. Mentre è possibile che i carbonati si siano formati molto presto nella storia di Marte, quando la composizione atmosferica era un po' diversa da quella presente oggi: Franz e i suoi colleghi suggeriscono che i carbonati probabilmente si siano formati in un lago ghiacciato. In questo scenario, il ghiaccio avrebbe potuto aspirare isotopi di ossigeno pesanti e lasciare i più leggeri per formare in seguito i carbonati. Altri scienziati di Curiosity hanno anche presentato prove che suggeriscono l'esistenza di laghi coperti di ghiaccio nel cratere Gale.

Dove si trova il carbonio?

Per gli scienziati la bassa abbondanza di carbonati su Marte è sconcertante. Se non ci sono molti di questi minerali nel cratere Gale forse la prima atmosfera del pianeta era più sottile del previsto o forse qualcos'altro sta immagazzinando il carbonio atmosferico mancante.
Sulla base della loro analisi, Franz e i suoi colleghi suggeriscono che parte del carbonio potrebbe essere stato sequestrato in altri minerali, come gli ossalati, che immagazzinano carbonio e ossigeno in una struttura diversa rispetto ai carbonati. La loro ipotesi si basa sulle temperature alle quali la CO2 Gli ossalati sono il tipo più comune di minerale organico prodotto dalle piante sulla Terra, ma gli ossalati possono anche essere prodotti senza la biologia. Un modo è attraverso l'interazione della CO2 Sulla Terra, la fotosintesi abiotica potrebbe aver spianato la strada alla fotosintesi tra alcune delle prime microscopiche forme di vita, motivo per cui trovarla su altri pianeti interessa moltro gli astrobiologi.
Anche se si scopre che la fotosintesi abiotica ha bloccato alcune particelle di carbonio dell'atmosfera nelle rocce del cratere Gale, Franz e i suoi colleghi vorrebbero studiare il suolo e la polvere provenienti da diverse zone di Marte per capire se i loro risultati dal cratere Gale riflettono un quadro globale e un giorno potrebbero avere la possibilità di farlo: il rover Perseverance della NASA che dovrebbe essere lanciato su Marte tra luglio e agosto 2020, prevede di impacchettare campioni nel cratere Jezero per un possibile ritorno nei laboratori sulla Terra.

fonti: NASA

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