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pubblicato il 5 ottobre 2006 in spazio

Marte

Esplorazioni marziane
Sono numerose le missioni, presenti e passate, che operano su Marte. Una di queste è la sonda Mars Express, che ha il compito di cartografare  la topografia e la composizione mineralogica del pianeta. Questo compito viene ora svolto con una precisione che un tempo era possibile solo per il sistema Terra, infatti negli ultimi dieci anni siamo entrati nella terza grande era dell’esplorazione marziana.  Nel XIX secolo ci siamo impegnati con le osservazioni al telescopio, negli anni sessanta e settanta con ricognizioni per mezzo delle sonde, mentre gli studi odierni ci permettono di rilevare le caratteristiche del pianeta, di determinare la composizione mineralogica, di ottenere immagini della superficie con dettagli che permettono di poter interpretare i processi geologici e di confrontare dati orbitali e osservazioni ravvicinate del suolo.
Il radar della sonda europea Mars Express il radar MARSIS, realizzato da Alenia Spazio per l’Agenzia Spaziale Italiana sotto la direzione di scienziati dell’Università La Sapienza di Roma, è entrato in funzione con lo scopo di capire se al di sotto della superficie di Marte si nascondono laghi o oceani sotterranei, ovvero estensioni di acqua allo stato liquido. La tecnica che utilizza il radar è simile a quella utilizzata sulla Terra nella ricerca dei giacimenti petroliferi attraverso l’analisi dell’eco di riflessione delle onde radio che è differente a seconda della struttura del suolo (secco, ghiacciato o umido). I segnali a bassa frequenza penetrano fino a 5 chilometri di profondità, vengono convertiti in forma digitale ed elaborati elettronicamente per fornirci una mappa della distribuzione del ghiaccio e dell’acqua presenti negli strati superiori del sottosuolo di Marte. Marsis è dotata anche di due “antenne” sottilissime e lunghe 20 metri che analizzano la ionosfera.

Un pianeta sorprendente
Gli scienziati hanno discusso per anni interrogandosi sulle caratteristiche di Marte chiedendosi se un tempo sia stato caldo o umido, freddo o asciutto o totalmente desolato come può essere la Luna. Ma Marte è un pianeta che ha una delle storie più ricche e interessanti di tutto il sistema solare, storia che è possibile ricostruire continuando a raccogliere e analizzare i dati delle sue rocce, dei suoi minerali e della morfologia della sua superficie così come i ricercatori hanno fatto per comprendere la storia geologica della Terra. In questo modo è stato scoperto che Marte ha ospitato una grande varietà di ambienti determinati da un’incredibile diversità di processi e condizioni: paesaggi ardi, altri totalmente umidi, altri ricoperti di neve e ghiaccio.
Non dimentichiamoci che la forma e le caratteristiche di un paesaggio risultano dalla sua struttura (rocce e minerali che la compongono), dai processi che modellano questa struttura e dal tempo in cui un determinato processo agisce su di essa. Nel corso del tempo, i rilievi montuosi e le colline vengono erose: diminuisce la pendenza dei versanti mentre i detriti di roccia che si formano vengono depositati nelle aree più depresse (che prendono il nome di bacini sedimentari). Questa azione erosiva avviene continuamente per opera degli agenti esogeni come l’acqua.
Considerando questa bizzarra diversità di paesaggi che caratterizzano Marte, gli scienziati iniziano a porsi domande nuove: per quanto tempo e dove si sono verificati periodi tanto freddi o tanto caldi? queste diversità hanno creato ambienti tanto diversi, alcuni sono capaci di ospitare la vita?

Diversità di paesaggio
I rover Spirit e Opportunity hanno studiato due siti distanti migliaia di chilometri e caratterizzati da paesaggi completamente diversi: uno simile a un arido deserto terrestre, l’altro come una pianura interrotta da una moltitudine di laghi. Ma perché? Quali processi li hanno formati?
Il cratere Gusev
Il sito esplorato dal rover Spirit è apparso inizialmente deludente perché le rocce composte di olivina e pirosseno non lasciavano spazio a tracce della presenza di acqua in passato; infatti l’olivina e il pirosseno sono minerali che si degradano in presenza di acqua. In un secondo tempo sono stati scoperti sali di zolfo in abbondanza formati da processi che potrebbero derivare dalla percolazione di acqua attraverso le rocce vulcaniche che comunque erano ricchissime di olivina e pirosseni. I ricercatori hanno concluso che negli ultimi miliardi di anni l’acqua ha avuto un ruolo secondario nel modificare questo paesaggio anche se le immagini ottenute dall’orbita mostrano una valle che termina nel cratere Gusev, come se questo fosse un tempo stato un lago.
Le pianure di Terra Meridiani
Terra Meridiani, esplorato da Opportunity, è caratterizzato da un paesaggio completamente piatto come si potrebbe immaginare un fondo lacustre o un piccolo mare isolato e circondato a sud e a ovest da altri crateri che forse erano altri laghi separati. Questa ipotesi è avvalorata dalla presenza di depositi di ematite, ossidi di ferro che si formano in seguito al verificarsi di processi che avvengono in presenza di acqua. Queste rocce ricche di ematite sono organizzate a formare strati facilmente erodibili sopra una superficie più antica, come un deposito di tipo sedimentario che si è formato in un ambiente acquoso. In questo caso colmerebbero le depressioni, gli avvallamenti e i canali che caratterizzavano il paesaggio precedentemente.
Inoltre le rocce sedimentarie stratificate che si sono trovate sono ricche di solfati tanto che solo l’evaporazione di acqua contenete elevate quantità di zolfo può giustificarne la formazione.
Altri scienziati hanno invece valutato che l’alterazione delle rocce potrebbe essere dovuta alla presenza di vapori ricchi di zolfo che fuoriuscivano dai depositi di cenere vulcanica; di conseguenza la regione risulterebbe simile a zone vulcaniche tipiche dell’America del Nord, delle Hawaii o dell’Europa.

Indizi da un mondo di vulcani
Nella primavera del 2004, la sonda Mars Express ha confermato la diffusione di feldspato, olivina e pirosseni, minerali tipici della roccia basaltica. Il basalto è una roccia ignea diffusa anche sulla Terra che deriva dal consolidamento del magma che erutta da vulcani come l’Etna, dai vulcani delle isole Hawaii e dalle dorsali medio oceaniche.
Ma la scoperta più sorprendente è stata quella di trovare l’andesite, roccia che contiene quantità maggiori di minerali silicati rispetto a quelli contenenti ferro che sulla Terra si forma quando l’acqua contenuta in una zolla tettonica in subsidenza si mescola con le rocce sotterranee fuse.
I vulcani di Marte hanno dimensioni gigantesche e sono anche sorprendentemente complessi. Un esempio è lo studio che hanno svolto i ricercatori sul vulcano Syrtis Major che si trova vicino all’equatore marziano e si presenta con un diametro di 1100 chilometri e numerose caldere alla sua sommità. Il vulcano ha attraversato molte fasi di sviluppo successive: caratteristici sono i fianchi con picchi, coni e colate laviche vetrose e ricche di silice (daciti).
Nel magma che si raffredda allontanandosi dalla camera magmatica, cristallizzano per primi i minerali ricchi di ferro e magnesio (olivina e pirosseni), successivamente si arricchisce di silice e alluminio formando le daciti. Alcuni picchi sono invece di granito, roccia ancora più ricca di silice può essersi formata per separazione cristallina o in seguito alla rifusione dei basalti più antichi.
Per comprendere l’evoluzione geologica di un pianeta è anche necessario capire i motivi per i quali alcuni minerali o rocce sono quasi o totalmente assenti. Ad esempio, il quarzo è estremamente raro su Marte così come i minerali che compongono le rocce metamorfiche che si formano quando rocce sedimentarie o ignee sono soggette a pressioni e temperature elevate. Di conseguenza i ricercatori hanno dedotto che sul pianeta non ci sono processi tettonici capaci di trasportare le rocce a grandi profondità dove possono subire trasformazioni metamorfiche.
Analogamente non è stato individuato nessun deposito di rocce carbonatiche che avrebbero dovuto essere presenti se si supponeva un clima caldo e umido in passato.  Di conseguenza gli eventuali oceani marziani dovevano essere freddi o temporanei, magari coperti di ghiaccio e le piccole quantità di carbonati presente nella polvere presente ovunque sul pianeta, si è probabilmente formata per interazione diretta con il vapor acqueo nell’atmosfera. Rare sono anche le argille la cui formazione è associata alla presenza di acqua.

I laghi visibili dall’orbita
Dai recenti studi, i ricercatori hanno le prove che l’acqua marziana fu stabile e presente in regioni isolate e per brevi periodi. Dalla mappatura mineralogica si ottiene una superficie antica  scarsamente alterata dell’acqua; infatti a Terra Meridiani le sabbie basaltiche sono sovrapposte ai sedimenti lacustri a provare che il luogo è arido almeno da 2 o 3 miliardi di anni. E’ possibile che l’acqua presente fosse sempre allo stato solido e che si sciogliesse per poi gelare di nuovo.
Nelle zone più basse di Valles Marineris si trovano strati di rocce ricchi di ematite che normalmente vengono depositati in ambienti di acqua stagnante. In questi luoghi così come in tutta la fascia equatoriale, è possibile che i laghi siano andati incontro a episodi successivi di riempimento, evaporazione o congelamento e disseccamento. Altre regioni sono incise da fitte reti di canali che sembrano creati dallo scorrimento di acqua sulla superficie, mentre alcuni scienziati, dopo aver osservato immagini e analizzato dati topografici, sono riusciti a delineare linee di costa e piatti fondali e di conseguenza ipotizzano che su Marte vi fossero grandi oceani.
Strati di rocce che contengono ematite si trovano anche nel cratere di Aram Chaos dove l’acqua si raccolse in un laghetto nel cratere in seguito ad una catastrofica fuoriuscita di acqua da sotto la superficie.

Risposte da scienziati
Gli scienziati hanno iniziato a porsi alcuni interrogativi: da dove deriva l’eventuale acqua marziana?
Comunque tutti sono concordi sulla recente attività geologica del pianeta dove alcuni crateri sembrano essere dovuti a eruzioni che avvennero non molti milioni di anni fa. Marte si è raffreddato tanto che ora il vulcanesimo è molto raro, solo occasionalmente vi è emissione di lava in superficie e i ricercatori non sono riusciti a individuare punti caldi attivi.
Pioggia, neve e glaciazioni: variazioni climatiche su Marte
La novità è aver scoperto che Marte ha enormi riserve di acqua allo stato solido che cambiano posizione nel pianeta a seconda delle variazioni climatiche. Ai poli, su un’area grande come il doppio dell’Arizona, sono stati trovati depositi di ghiaccio o di sedimenti ricchi di ghiaccio anche dello spessore di diversi chilometri e le misurazioni effettuate da THEMIS hanno rilevato che il ghiaccio d’acqua affiora in molte zone. Al contrario, in passato, si riteneva che la calotta boreale era fatta solo di ghiaccio d’acqua, mentre quella australe di ghiaccio di anidride carbonica.
Strumentazioni a bordo di Mars Odyssey hanno anche scoperto la presenza di ghiaccio sotterraneo: nella fascia tra i poli e i 60 gradi di latitudine l’acqua sembra costituire oltre il 50% del suolo e, data l’abbondanza, può derivare solo da depositi di brina o neve. Lo studio della morfologia del paesaggio di queste aree, ha notato un suolo fratturato che si forma in seguito all’evaporazione del ghiaccio per riscaldamento e piccoli canali poco erosi probabilmente incisi da  acqua sorgiva o dalla fusione di ghiaccio o dallo scioglimento di depositi di neve.
Tutte queste osservazioni e l’insieme dei dati portano a pensare che Marte possa essere stato caratterizzato da un ciclo di glaciazioni.
Vi ricordate le ipotesi che vogliono spiegare la causa delle glaciazioni terrestri?
Allo stesso modo gli scienziati hanno tentato di spiegare un possibile ciclo di glaciazioni su Marte e hanno tratto alcune considerazioni. L’inclinazione dell’asse di Marte oscilla anche di 20 gradi nell’arco di 125.000 anni: quando l’inclinazione è piccola, i poli sono i luoghi più freddi, cade più neve di quanta ne evapora e si accumula ghiaccio. Invece i poli si riscaldano a spese delle medie latitudini quando l’inclinazione aumenta e si formano accumuli di neve nelle regioni equatoriali; per fusione della neve, l’acqua può incidere canali e modellare tipici paesaggi. In questo momento la copertura nevosa è quasi totalmente scomparsa perché le medie latitudini si stanno scaldando, ma se i modelli sono corretti, la neve potrebbe comparire nel corso dei prossimi 25000-50000 anni!

A cura di Elisabetta Monistier

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