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Marte, storia di acqua e di vita

In questa pagina parleremo di: 

Fiumi e laghi su Marte?

Nanedi Vallis, lunga 1000 chilometri e larga dai 2 ai 3 chilometri, illuminata da sinistra. Al suo interno un letto di un fiume largo 100 metri. Credit JPL NAS

Nel 1972, immagini provenienti dal Mariner 9 mostrarono strane vallate del tutto simili a letti di antichi fiumi. Presto, strutture simili furono trovate ovunque nell'emisfero sud del pianeta, risalente a circa 3,8 miliardi di anni fa. Anche terreni più recenti, comunque, mostrarono piccoli segni simili.

Sembra proprio, da tutto questo, che circa 3 miliardi di anni fa Marte era un posto favorevole alla creazione di queste valli fluviali. Condizioni che da allora non si sono più verificate. Ma si tratta in effetti di prove dell'esistenza di antichi fiumi?
Molte di queste vallate, alcune lunghe fino a 1000 chilometri, mostrano un gran numero di ramificazioni ed alcuni bacini. Proprio queste strutture molto marcate inducono a pensare ad episodi molto duraturi di scorrimento di liquidi superficiali. I planetologi sono propensi a pensare che questi liquidi siano stati lava e diossido di carbonio liquido, ma i dubbi restano. Una ragione per la quale non è facile comparare le vallate marziane con quelle attuali terrestri è l'età: il tempo cancella lentamente certe caratteristiche. Ad esempio, si è pensato a lungo che il numero di ramificazioni fosse molto minore su Marte rispetto alla Terra, ma immagini sempre più dettagliate hanno smentito questo pensiero. Nascono molte domande: è necessario un clima caldo per consentire questi flussi? Un clima artico, freddo, potrebbe avere lo stesso effetto? Per spiegare questi flussi occorre tirare in ballo per forza un ciclo dell'acqua con piogge ed evaporazioni? Una cosa è certa: per formare strutture di questo tipo, lo scorrimento di acqua superficiale deve essere stabile e l'atmosfera deve essere densa, almeno per lunghi periodi di tempo.


L'origine degli antichi fiumi di Marte

Ci sono differenze tra gli antichi letti fluviali di Marte e le strutture terrestri. I nostri flussi d'acqua sono indotti da un completo ciclo dell'acqua, mentre alcune vallate fluviali di Marte potrebbero essere originate da circolazione idrotermica o da zampilli di acqua sotterranea.

1. Sorgenti idrotermiche

Le sorgenti sono poste nella parete interna del cratere (Bakhuysen è un esempio) e potrebbero essere state formate dal riscaldamento di riserve sotterranee di acqua o da circolazione idrotermica

Un certo numero di diramazioni originano dall'azione di vulcani o da crateri da impatto come il cratere Bakhuysen, nel quale le sorgenti sono confinate nella parete interna del cratere e la loro formazione potrebbe aver interessato riserve sotterranee di acqua o alcuni tipi di circolazione idrotermica.
Una spiegazione di questo fenomeno potrebbe essere che, vicino ad un vulcano o dopo un impatto, il magma in risalita potrebbe aver riscaldato l'acqua sub-superficiale creando una cella convettiva (circolazione idrotermica). L'acqua riscaldata passa in superficie a formare sorgenti che hanno alimentato i fiumi. La lava potrebbe essere passata in fessure circolari vaporizzando l'acqua sotto la superficie e dando vita a sorgenti calde e geysers.

 

2. Fuoriuscita di acqua sub-superficiale

C'è un particolare tipo di vallate ramificate lunghe nella parte più craterizzata dell'emisfero sud. Esempi sono Nirgal Vallis, Ma'adim Vallis e Nanedi Vallis. Contrariamente alle ramificazioni finora descritte, queste strutture hanno pochi affluenti. Una possibilità è che la fiancata delle valli è stata erosa dai flussi di acqua superficiale, un processo noto come sapping.

Molti ricercatori stanno giungendo alla conclusione che la pioggia o la neve hanno giocato un ruolo importante, anche se magari episodico, nei grandi processi di erosione che hanno segnato i più antichi terreni di Marte. Anche laddove la morfologia induce a pensare che il ruolo maggiore sia stato svolto dall'acqua sotterranea, le precipitazioni hanno avuto rilevanza nella formazione di queste riserve sub-superficiali.

I laghi di Marte

Depositi sedimentari sui fondi dei crateri nella regione Arabia Terra, probabilmente un tempo coperta di acqua

Ci sono dozzine di crateri da impatto su Marte che potrebbero aver contenuto laghi  circa 3,8 miliardi di anni fa, in un ambiente favorevole alla presenza di acqua liquida. La forma a mezza sfera dei crateri potrebbe aver incoraggiato la formazione di areee di acqua e l'accumulazione di sedimenti. A lungo è stata soltanto una teoria, ma nel 1999 le immagini del Mars Global Surveyor hanno fornito evidenza a queste supposizioni.
Il fondo di molti di questi crateri, infatti, mostrano strati differenziati, chiari o scuri, posti tipicamente nella zona centrale delle regioni. Sulla Terra strutture di questo tipo sono solitamente associate ai laghi, quindi gli scienziati hanno concluso che su Marte, un tempo, esistevano laghi.
I sedimenti trovati nei crateri di Marte potrebbero essere stati quindi formati da laghi alimentati dai fiumi, il che spiegherebbe la struttura a delta mostrata da alcuni depositi al centro dei crateri.
La frequente presenza di uno o più canali a tagliare le cime dei crateri è segno di una attività fluviale e porta a pensare al modo in cui l'acqua potrebbe essere giunta nel cratere. I metodi di "datazione" confermano che questi depositi sono molto antichi, risalendo più o meno alla stessa epoca delle strutture di canali delle vallate fluviali nell'emisfero sud.
A dispetto di tutti questi indizi, non c'è sempre la prova che questi sedimenti hanno avuto origine in laghi. In alcuni casi lo scenario prospettato non prevede neanche l'acqua. Ad esempio, gli strati potrebbero essere il risultato di attività vulcanica che ha depositato cenere. I venti potrebbero anche aver portato polvere in questi posti. L'ultima spiegazione significherebbe che i sedimenti sono dune stratificate formate in cicli dovuti a cambiamenti climatici. Questa ipotesi è molto realistica del resto, visto che Marte è stato soggetto a erosione da vento negli ultimi tre miliardi di anni. 

MarteL'acqua liquida sulla superficie di Marte, un tempo, potrebbe essere stata favorita dalle esplosioni del metano, secondo le simulazioni descritte su Nature Geoscience di Ottobre 2017 a firma di University of Chicago. Il clima poteva sembrare troppo freddo e arido ma eventi estemporanei potrebbero averlo reso comunque ottimale per il mantenimento del prezioso liquido in superficie. 
Il cratere Gale, secondo i dati di Curiosity, ha accolto una serie di laghi circa 3.5 miliardi di anni fa con un ambiente che potrebbe essere stato favorevole alla vita come la conosciamo. Il periodo più "umido" di Marte è comunque fatto risalire al primo miliardo di anni della sua vita, grazie a una atmosfera più spessa. Nonostante un clima poco favorevole, quindi, questi laghi esistevano. Studi precedenti hanno tirato in ballo vulcanismo e impatti in grado di produrre riscaldamento climatico, ma la durata non è mai sembrata sufficiente a garantire la presenza di laghi. I burst di metano potrebbero, invece, giustificare il tutto. 
L'inclinazione di Marte può variare molto, rispetto a quella terrestre, e occasionalmente questi shift di 10-20 gradi potrebbero aver esposto parti ghiacciate della superficie alla radiazione solare, causando un restringimento subitaneo delle zone ghiacciate e una esposizione delle zone ricche di metano, esploso in atmosfera. 
Si tratta di un gas serra 25 volte più potente dell'anidride carbonica quindi un evento simile potrebbe aver scaldato il clima in maniera significativa per centinaia di migliaia di anni, abbastanza per i laghi.

Antichi oceani marziani

Secondo le ipotesi, al termine del periodo del bombardamento pesante, 3,8 miliardi di anni fa, Marte avrebbe dovuto contenere, nel primo chilometro sub-superficiale, una quantità di acqua liquida equivalente ad un oceano globale profondo 500 metri. Il clima, insieme alle attività vulcanica ed idrotermica, è stato probabilmente adatto a mantenere un ciclo di acqua in superficie.

Queste due simulazioni mostrano Marte così come potrebbe esser stato con oceani a coprire il bacino Hellas (sinistra) oppure la Valles Marinis (destra). Mars Global Surveyor

Date queste circostanze, grandi quantità di acqua e sedimenti scorrevano attraverso le regioni più basse ed in particolare nelle pianure del nord. E' anche possibile che un oceano di acqua liquida sia esistito, magari temporaneamente, in un'area estesa nota come Oceanus Borealis, grande quattro volte l'Oceano Artico. A quel tempo, la Hellas Planitia dovrebbe essere stata un mare ed il bacino da impatto Argyre dovrebbe essere stato connesso alle pianure del nord.

Una volta formato, questo oceano dovrebbe essere progressivamente scomparso per evaporazione e infiltrazione nel suolo. Il clima si è evoluto fino all'attuale stato ghiacciato, bloccando parte dell'acqua nello stato di ghiaccio. Alcuni planetologi pensano anche che l'oceano si sia formato e ri-formato su base ciclica per i primi miliardi di anni nella storia marziana.

Solo supposizione oppure ci sono tracce di questo oceano?
I dati di Mars Global Surveyor supportano l'ipotesi di un oceano nell'emisfero nord. Nelle zone corrispondenti ai litorali, l'altimetro ha rivelato che le altitudini sono abbastanza costanti per circa 1000 chilometri. Questo può fornire la prova a favore della presenza di un oceano, con litorali a formarne una cornice topografica. Si tratta comunque di una questione ancora aperta. Se Marte ha avuto una atmosfera di diossido di carbonio, perché l'oceano non ha assorbito il gas a formare carbonati come, ad esempio, il gesso? Forse gli oceani erano troppo acidi per un simile processo. 

Rappresentazione di Marte.

Rappresentazione di Marte, oggi e ieri. Credit J.Wade et al. 

A favore della presenza di acqua su Marte rema il tema della capacità delle rocce di assorbire acqua: in questi termini sembra che le rocce marziane possano assorbire acqua in misura del 25% superiore a quanto non facciano le rocce terrestri. Parte dell'acqua marziana di un tempo, quindi, potrebbe essere ancora lì, nelle rocce del pianeta rosso il che andrebbe a spiegare anche la parte di acqua mancante che, per questioni numeriche, non può essere spiegata dalla sola evaporazione o dal solo congelamento sub-superficiale. L'acqua che reagiva con la lava formando la crosta marziana ha prodotto un effetto di assorbimento in grado di prosciugare la superficie planetaria. 

Un clima temperato

Mentre c'è ancora molto dibattito su fiumi, laghi ed oceani, i planetologi concordano sul fatto che un lento processo di erosione dell'acqua fluente richiede condizioni di caldo ed umido, il che è sorprendente per due ragioni. La prima ragione è che Marte è abbastanza distante dal Sole; la seconda è che il Sole a quel tempo era giovane ed aveva una luminosità inferiore del 25% a quella attuale. in queste condizioni la temperatura del pianeta dovrebbe essere stata teoricamente intorno a -75°C in assenza di atmosfera. Come si può spiegare, allora, un clima caldo e umido? Con un effetto-serra molto forte.
Un pianeta è riscaldato dalla radiazione solare ed è raffreddato dalla radiazione infrarossa che emette nello spazio. L'effetto serra si verifica quando i gas freddi dell'atmosfera consentono alla radiazione solare di penetrare ma non consentono alla radiazione (termica) infrarossa emessa dalla superficie di uscire, limitando il raffreddamento del pianeta.
La primitiva atmosfera marziana dovrebbe essere stata composta da diossido di carbonio con tracce di nitrogeno, argon e vapore d'acqua. A quel tempo, c'era abbastanza anidride carbonica da mantenere la pressione atmosferica a circa 1 bar, simile alla Terra. In questa atmosfera, soltanto l'anidride carbonica ed il vapore d'acqua sarebbero stati in grado di contribuire all'effetto serra, ma questi due gas da soli non sarebbero stati in grado di generare temperature oltre 0°C.
Per risolvere l'arcano è necessario tenere in considerazione la presenza di altri gas come l'ammoniaca, il metano ed il diossido di zolfo. Questo mix non sembra comune visto che erano gas molto instabili nella primordiale atmosfera marziana, a meno che non siano stati prodotti permanentemente dall'attività vulcanica.
Sembra più probabile che Marte fosse riscaldato da nubi di diossido di carbonio ghiacciato. Si può ipotizzare una densa atmosfera, ricca di anidride carbonica, con la tendenza a condensarsi in nubi di CO2 ghiacciata. Queste nubi sarebbero state in grado di riflettere ed intrappolare la radiazione termica emessa dalla superficie, riscaldando considerevolmente il pianeta. 

Immagine in basso: ffetto serra su Marte tra 3,5 e 4 miliardi di anni fa: non solo diossido di carbonio e vapor acqueo ma anche nubi di anidride carbonica ghiacciata a riflettere la radiazione superficiale. Fattori esterni come gli impatti hanno concorso al surriscaldamento del pianeta.

Effetto serra su Marte tra 3,5 e 4 miliardi di anni fa.

Lo scenario che a questo punto ci si presenta parla di un Marte giovane avvolto da dense nubi, sotto le quali scorrono fiumi in semi oscurità.

Sali e argille: varie epoche di acqua

L'acqua liquida è in grado di fare molte cose in più rispetto al solo scavare vallate e trasportare sedimenti. Come sulla Terra, infatti, può cambiare la composizione chimica delle rocce quindi analizzare le rocce potrebbe fornire il modo migliore per rispondere alle domande. Non abbiamo nei nostri laboratori rocce marziane, ma è possibile analizzarle a distanza confrontando gli spettri caratteristici delle rocce con gli esempi terrestri. Nel 1998 lo spettrometro TES a bordo del Mars Global Surveyor ha rintracciato l'ematite, un minerale molto interessante. E' un ossido di ferro la cui formazione richiede spesso la presenza di acqua allo stato liquido. Ora, l'ematite è stata trovata in regioni sedimentarie come la Terra Meridiani, a sud dell'Arabia Terra. C'era un lago, qui, una volta? 
Per chiarire la questione, Terra Meridiani è stata scelta per una esplorazione da parte di Opportunity, un rover della NASA dotato di appositi strumenti scientifici. Atterrato il 25 gennaio 2004 in un piccolo cratere di 22 metri, il robottino ha subito analizzato le rocce di una parete di questo cratere confermando subito la presenza di ematite sottoforma di grani millimetrici incorporati nelle rocce. L'esistenza e la configurazione degli strati hanno preservato tracce di onde confortando l'idea di un deposito antico di acqua liquida. In aggiunta, gli strumenti di Opportunity hanno scoperto che la roccia stessa era composta essenzialmente da sali di solfato idrato, che sulla Terra sono presenti sui fondali dei laghi superficiali.

Nel frattempo, il Mars Express orbiter tracciava una piantina mineralogica di Marte attraverso la camera OMEGA, scoprendo diversi siti nei quali i sali solfati erano abbondanti. A nord-est rispetto ad Opportunity ha rilevato una vasta zona, larga centinaia di chilometri, dove i solfati formano la gran parte della superficie, soprattutto nella Valles Marineris. OMEGA ha scoperto anche argille, a maggior testimonianza di un'altra epoca in cui l'acqua liquida fluiva in un ambiente diverso.

Per i primi settecento milioni di anni, il pianeta Marte ha probabilmente sperimentato un numero di episodi ben distinti con acqua più o meno abbondante.
E' molto difficile ricostruire l'intero quadro, visto che il tempo annebbia la nostra visione, ed ogni episodio ha cancellato gran parte delle tracce dell'episodio che lo ha preceduto.

Il cratere Gusev

Il cratere Gusev, 4 miliardi di anni fa, era irrigato dalla Ma'adim

Il 4 gennaio 2003, insieme ad Opportunity, anche il rover Spirit è atterrato su Marte sul cratere Gusev, anch'esso all'epoca indiziato per la ritenzione passata di un lago.

Gusev si trova alla fine della Ma'adim Vallis, una lunga vallata che attraversa per 900 chilometri le pianure del sud. Le misure topografiche hanno mostrato che Ma'adim Vallis dava vita a bacini dai quali fluivano grandi quantità di acqua che andavano a finire nel cratere Gusev, dove sono stati osservati considerevoli depositi sedimentari. Per cinque mesi Spirit non ha trovato nulla: la lava aveva coperto ogni deposito sedimentario ma  il 10 giugno il robottino ha raggiunto la base di una collina e tutto è cambiato.

Rocce stratificate ed apparentemente molto antiche sembravano aver raccolto acqua nel passato, come se la collina fosse stata, un tempo, un'isola in un flusso di lava. L'ematite era presente così come vari minerali idratati come sali solfati, goethite  e minerali di ferro ossidato che non possono formarsi senza acqua.

Lo spettrometro OMEGA ha scoperto due tipi di rocce caratteristiche per la presenza di acqua liquida: solfati e argille. Queste ultime sono state trovate in terreni davvero molto antichi, specialmente laddove l'erosione del vento o gli impatti meteoritici hanno scoperto i depositi più antichi.

Marte dovrebbe aver attraversato, quindi un periodo in cui l'acqua liquida era molto abbondante ed in grado di coprire suoli per un tempo abbastanza lungo da formare argille. Più tardi, in un ambiente più acido e più secco, i sali solfati si sono formati più facilmente.

La vita su Marte 4 miliardi di anni fa

Il più antico deposito sedimentario scoperto sulla Terra risale a 3,5 miliardi di anni fa e mostra già evidenza di attività biologica. Nessuno sa come la vita si è insidiata nel nostro pianeta così giovane perché nelle rocce si passa da composti chimici non viventi a forme di vita basilari, senza alcuna traccia di alcuna fase transitoria. Tutte le teorie avanzate richiedono, comunque, la presenza di acqua e si ritiene all'unanimità che i mattoni della vita siano stati trasportati nel sistema solare da meteoriti e comete, attraverso gli impatti. Vulcanismo ed attività idrotermica hanno giocato un ruolo fondamentale fornendo energia ed elementi nutritivi.

Il ciclo di vita sul pianeta Terra
Ora, abbiamo visto che queste condizioni sembra siano state presenti anche su Marte, all'inizio. Se la vita è emersa sulla Terra come risultato di processi fisici e chimici ripetibili, perché la stessa cosa non dovrebbe essersi verificata sul pianeta rosso nel periodo compreso tra 3,5 e 4 miliardi di anni fa?

Il ciclo di vita sul pianeta Marte

Uno studio di Marte mostra le condizioni superficiali laddove acqua liquida potrebbe essere stata presente per qualche centinaia di milioni di anni. Se forme di vita si sono sviluppate, non possono essere andate oltre lo stato primitivo. Sulla Terra i primi organismi multicellulari (ed a maggior ragione animali e piante) sono apparsi dopo due miliardi di anni rispetto ai predecessori unicellulari, ma questo tempo è necessario per l'evoluzione genetica oppure sono state le condizioni terrestri (ad esempio l'ammontare di ossigeno) a far sì che questo tempo sia stato così lungo? Se valesse l'ultima spiegazione, potrebbe darsi che le condizioni di Marte riuscirono a far evolvere le specie in modo più rapido.

Marte, essendo più piccolo della Terra, probabilmente si è raffreddato più velocemente. Inoltre, non ha sperimentato il tremendo impatto che ha portato alla formazione della nostra Luna strappando probabilmente la prima atmosfera terrestre circa 4,5 miliardi di anni fa. Infine, potrebbe darsi che la vita sia apparsa su Marte prima ancora della vita terrestre.
Nella sua vita primordiale, Marte è stato vittima di molti impatti meteoritici che hanno proiettato spesso frammenti marziani nello spazio. Molti di questi hanno anche raggiungo la Terra e la stanno raggiungendo tutt'ora. In questi frammenti, le condizioni potrebbero essere tali da far sopravvivere vari tipi di spore. Una ipotesi affascinante e plausibile è che gli organismi marziani potrebbero aver viaggiato nello spazio fino a "seminare" la vita sul nostro pianeta, circa 4 miliardi di anni fa.
La vita su Marte, quindi, può essere fondamentale per la specie umana. Ma anche se in realtà la vita su Marte non fosse mai esistita sarebbe una scoperta sensazionale: perché due pianeti con caratteristiche simili si sarebbero comportati così diversamente in termini di vita?
Studiare l'origine della vita, tuttavia, è più facile su Marte che sulla Terra visto che sul nostro pianeta l'erosione ha cancellato la maggior parte delle tracce salienti. I fossili vitali vanno quindi ricercati soprattutto su Marte.

La zona del bacino Eridania, ricostruzione. Credit NASAAd Agosto 2017 un articolo sul Journal of Geophysical Research analizza i dati del Mars Curiosity per riportare una potenziale attività idrotermale nel Cratere Gale, attività ovviamente di tipo storico: le prove sarebbero concentrazioni elevate di zinco e germanio, in misura da 10 a 100 volte maggiore rispetto al resto dei sedimenti tipici della crosta marziana. Si tratta di elementi che insieme tendono ad arricchirsi in fluidi ad alta temperatura, proprio per questo potrebbero essere testimonianza di antica attività idrotermale. Non si tratta dell'unico caso, ovviamente: lo spettrometro Crism del Mars Reconnaissance Orbiter ha infatti fornito le prove di minerali che, sulla Terra, originano in zone vulcaniche con acqua stagnante (Nature Communications): lo studio della Università di Hong Kong ha rinvenuto nel bacino Eridania un mix che comprende serpentino, talco e carbonati formatisi 3.7 miliardi di anni fa, quando l'acqua è stata riscaldata dal magma in risaliita. La zona, probabilmente, era un tempo un grande lago. Non è una prova di vita ma sicuramente qualcosa di molto vicino a una antica attività idrotermale. 

I fossili marziani

Normalmente le cellule viventi si decompongono rapidamente dopo la morte e le loro tracce morfologiche vengono perse. Grazie alla mineralizzazione fossile, tuttavia, è stato spesso possibile riprodurre forme, apparenze ed organizzazione di molti microbi del passato. La stessa cosa dovrebbe essere avvenuta su Marte, quindi un giorno sarà possibile trovare indizi in tal senso anche sul pianeta rosso.

Un'atra strada di investigazione è la ricerca di resti di materiale organico. Sfortunatamente, il lander Viking ha mostrato che il suolo marziano è chimicamente molto aggressivo e che i composti ossidanti dovrebbero aver distrutto ogni molecola organica dalla superficie fino ai primi metri di entroterra. Potrebbe essere possibile scavare più a fondo, ma in tal caso nascerebbe il problema teso a capire se l'origine delle molecole sia minerale o biologica. Tuttavia, il suolo ghiacciato dovrebbe preservare alcuni composti organici.

Ulteriore strada possibile è quella delle anomalie chimiche. Sulla Terra, magnetite, pirite e fosfati si trovano in forte concentrazione nelle cellule viventi e sono usati come marcatori di attività biologica. Tutte le cose viventi sulla Terra mostrano, inoltre, una preferenza per il carbonio-12 anziché per il carbonio-13. Questo fenomeno potrebbe essere scoperto anche su Marte.

Quasi tutte le meteoriti SNC sono rocce basaltiche relativamente recenti, con età compresa tra 180 milioni e 1400 milioni di anni. Solo una è differente: il meteorite ALH84001, scoperto da Allan Hills (da cui ALH) in Antartide, nel 1984. La roccia risale probabilmente a più di 4 miliardi di anni fa, quando Marte era molto diverso da come è oggi. ALH84001 mostra fessure attraverso le quali l'acqua sembra essere passata circa 3,6 miliardi di anni fa depositando noduli carbonatici del diametro pari a circa un decimo di millimetro. All'interno della meteorite ci sono anche molecole organiche, quindi si tratta dell'unico testimone di un periodo durante il quale Marte era una vera e propria oasi.
Nel 1996, un team di ricercatori americani guidati da David McKay della NASA ha tracciato una lineaguida internazionale, ipotizzando la presenza nel meteorite di tracce di vita microbiotica extraterrestre. La prima motivazione era la presenza di un composto organico complesso (idrocarburi aromatici policiclici) che potrebbero essere i resti della decomposizione microbiotica. Seconda motivazione, l'apparenza e la natura chimica dei noduli di carbonio ricordavano i depositi lasciati da certi batteri terrestri, mostrando in particolare strati ricchi di ossido di ferro come la magnetite. Per ultimo, i fossili potrebbero essere scorti con microscopi elettronici.
ALH84001 potrebbe essere stata contaminata dall'ambiente terrestre, avendo risieduto per 13.000 anni in Antartide. Tuttavia, anche se non è una prova di una vita passata su Marte, conferma che il pianeta, nei suoi primi anni, ha offerto condizioni climatiche adatte allo sviluppo di composti organici.

La fine di un'oasi: Marte perde la propria atmosfera

Come detto, Marte un tempo aveva un clima simile a quello attuale terrestre, caldo e umido. Ora è un pianeta arido e freddo, con una tenue atmosfera che esclude la presenza di fiumi. Quando c'è stato il cambiamento atmosferico?
I motivi sono spiegati qui sotto e rappresentati in figura:

La perdita di atmosfera da parte di Marte

Impatti meteoritici

Durante il primo miliardo di anni, Marte e Terra hanno subito collisioni con asteroidi molto grandi ed i violenti impatti hanno disperso gran parte dell'atmosfera marziana nello spazio. La Terra, con la sua maggiore gravità, ha reagito meglio ed è riuscita a mantenere i propri gas, ma questa teoria, da sola, non basta a spiegare totalmente il motivo per il quale Marte oggi ha una atmosfera così tenue. I calcoli basati su ciò che conosciamo oggi sull'erosione atmosferica portano a pensare che, alla fine del bombardamento pesante, l'atmosfera marziana è stata più massiccia di quanto non lo sia oggi.

Reazioni con la superficie

In presenza di acqua liquida, il diossido di carbonio nell'atmosfera reagisce chimicamente con le rocce superficiali formando carbonati e riducendo il volume dell'atmosfera. Sulla Terra questo processo è bilanciato dal riciclo di rocce indotto dal processo tettonico. Su Marte la tettonica non è presente e la maggior parte dell'atmosfera viene probabilmente trasformata in carbonati alla superficie. Dove sono questi carbonati? Non è stata ancora trovata una traccia definita, neanche tramite appositi strumenti. Soltanto poche tracce sono state trovate nella meteorite ALH84001. E' possibile immaginare uno scenario dove i carbonati non si sono proprio formati. Se il primitivo ambiente marziano ha incoraggiato i depositi di solfati, l'acqua superficiale dovrebbe essere stata relativamente acida e molti tipi di carbonati sono impossibilitati a formarsi in condizioni simili.

Fuga nello spazio

Un pianeta dovrebbe esercitare una attrazione gravitazionale abbastanza forte da ritenere la propria atmosfera. Su un corpo relativamente piccolo come la Luna, ad esempio, il semplice moto termico delle molecole di gas è già abbastanza da disperdere le molecole stesse nello spazio. Sulla Terra questo tipo di perdita è molto debole eccetto il caso dei gas più leggeri, come idrogeno ed elio. Su Marte la gravità è abbastanza da assicurare la ritenzione della maggior parte di diossido di carbonio e vapore acqueo. Ci sono altri processi che portano atomi e molecole a fuggire. Le reazioni risultanti dalla radiazione ultravioletta del Sole e l'interazione dei venti solari con gli ioni nell'alta atmosfera sono fattori che contribuiscono in ampia parte. Il campo magnetico terrestre deflette il vento solare sopra il livello dell'atmosfera. Marte è da tempo senza un campo magnetico e gli ioni di ossigeno, fortemente accelerati nell'alta atmosfera dal campo magnetico del vento solare, possono incontrare le molecole di anidride carbonica e farle fuggire nello spazio. 

Canyon marziani. Credit Lawrence Livermore National Laboratory

Canyon marziani. Credit Lawrence Livermore National Laboratory

Le cause della perdita di atmosfera da parte di Marte potrebbe essere scritta in libri che conosciamo bene come le meteoriti marziane ALH 84001 e NWA 7034. I nuovi dati riguardano in particolare il gas xenon (Xe) e indicano come l'atmosfera iniziale di Marte era abbastanza pregna di idrogeno atmosferico da aver determinato la frammentazione di Xe, rimuovendo in maniera selettiva gli isotopi più leggeri attraverso il processo di fuga idrodinamica.  Il processo dovrebbe aver trovato il proprio culmine poche centinaia di milioni di anni dopo la formazione, quindi più di 4 miliardi di anni fa. 

Sulla Terra il frazionamento isotopico di xenon è stato molto graduale ed è durato per una enorme porzione della storia planetaria, a indicare che le dinamiche atmosferiche sui due pianeti hanno preso da subito strade diverse. I dati portano a ritenere che l'acqua liquida su Marte potrebbe non essere stata abbondante se non nelle primissime fasi, per poi lasciar spazio a un clima freddo e secco per la stragrande durata della storia marziana. 

Le nuove condizioni per la vita

Marte, perdendo atmosfera, è divenuto freddo e arido.

Senza uno strato protettivo di ozono la sua superficie è esposta ad una intensa radiazione ultravioletta, letale per la maggior parte degli organismi viventi (o almeno per quelli che noi conosciamo). Inoltre, i primi metri di suolo sembrano essere stati sterilizzati dai composti ossidanti presenti nell'atmosfera, equivalenti all'acqua ossigenata che utilizziamo per uccidere i microbi. In queste condizioni, assumendo che la vita si fosse generata su Marte, come sarebbe potuta sopravvivere?

Persino i più ottimisti specialisti si sono espressi negativamente su questo aspetto sebbene alcuni micro-organismi a noi noti hanno dimostrato di tollerare condizioni molto estreme: pressione molto alta, temperatura superiore ai 100°C e ambiente molto acido o alcalino. Nel 1995, a diversi chilometri di profondità in Oregon sono stati trovati in rocce basaltiche organismi con metabolismo basato sul ferro. Una cosa tuttavia sembra necessaria alla sopravvivenza: l'acqua liquida.

Se su Marte c'è ancora vita, questa va cercata nei posti in cui l'acqua liquida è ancora presente, magari diversi chilometri sotto terra dove la temperatura resta superiore a 0°C.

Marte, rappresentazioneLa vita su Marte non cesserà mai di interessare e così gli articoli non terminano più, a volte smentendosi a vicenda, altre volte confermandosi ma mai del tutto. Se vita c'è stata, allora questa deve essersi evoluta con il cambiare delle condizioni marziane esattamente come accaduto per la vita sulla Terra in un processo chiamato co-evoluzione.
Risultati finali diversi, ma legati entrambi all'evoluzione del pianeta. 
I cambiamenti ambientali accompagnano i cambiamenti biologici, a volte come causa e altre come effetto: trovare biomarcatori su Marte richiederà uno studio di come la co-evoluzione possa essere andata avanti, tenendo quindi ben conto dell'evoluzione marziana più che dell'evoluzione terrestre. I processi biologici sul primissimo Marte, se ci sono stati, devono aver avuto luogo in contesti molto particolari e nella fase irreversibile di collasso atmosferico. Tramite i dati che abbiamo su Marte del passato, la coevoluzione può guidarci verso gli antichi habitat marziani e verso depositi di biomasse. 

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