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Marte: ecco come morì il Pianeta Rosso

Marte è circondato da una sottile atmosfera composta prevalentemente da biossido di carbonio, così rarefatta da non consentire la presenza di acqua liquida sulla superficie del pianeta. Ma non è sempre stato così: 3.8 miliardi di anni fa, quando il Sistema Solare stava ancora attraversando la sua infanzia, l’atmosfera del pianeta rosso era molto più densa rispetto ad oggi, e molti astronomi ritengono che fosse in tutto e per tutto simile a quella della Terra. Allora come mai Marte è un pianeta morto?


Un team di scienziati del Caltech, in collaborazione con il Jet Propulsion Laboratory della NASA, potrebbe aver trovato la risposta che gli scienziati cercavano da tempo. Secondo i ricercatori l’atmosfera di Marte si sarebbe assotigliata a causa di un meccanismo di fotodissociazione del biossido di carbonio, fenomeno che si origina come conseguenza dell’interazione tra le molecole di CO2 presenti nell’atmosfera e i raggi UV irradiati dal Sole. Il team ha pubblicato la scoperta in un articolo comparso lo scorso 24 novembre tra le pagine di Nature Communications.


“Grazie a questo meccanismo, tutte le nostre conoscenze sull’atmosfera marziana possono essere riunite all’interno di un unico modello coerente della sua evoluzione” ha dichiarato Renyu Hu, principale autore dello studio.


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Analizzando le probabili cause della progressiva ed inesorabile rarefazione dell’atmosfera di Marte emergono due possibili meccanismi legati alla dimunuzione dei livelli di anidride carbonica: le molecole di CO2 sono state incorporate dalle rocce carbonatiche presenti in grande abbondanza sulla superficie del pianeta, oppure si sono disperse nello spazio interplanetario. La prima eventualità è da scartare, perché secondo un precedente studio condotto da Bethany Ehlmann, assistant professor e ricercatrice presso il Jet Propulsion Laboratory, gli strati superficiali della crosta marziana non contengono un quantitativo di carbonio sufficiente a giustificare l’assottigliamento dell’atmosfera.


I ricercatori hanno studiato quindi il secondo scenario, esaminando in particolare il rapporto tra carbonio-12 e il carbonio-13, due isotopi del carbonio atomico piuttosto stabili. Dato che i processi in grado di modificare la concentrazione degli isotopi nell’atmosfera sono molteplici, il team ha confrontato le misurazioni del rapporto tra carbonio-12 e carbonio-13 relative a diverse epoche della storia di Marte, dal periodo di formazione dell’atmosfera fino ad oggi.


Per stabilire un punto di partenza ottimale e dare consistenza alle misurazioni i ricercatori hanno analizzato prima di tutto la concentrazione di isotopi presente nei meteoriti marziani, che contengono gas originatisi nelle profondità del mantello di Marte. Dato che le atmosfere dei pianeti rocciosi nascono e si alimentano per mezzo dell’attività vulcanica, questa analisi preliminare ha fornito basi piuttosto solide per determinare il rapporto isotopico che caratterizzava la composizione atmosferica del pianeta rosso all’epoca della sua formazione. Il team di ricerca ha poi confrontato i dati ottenuti con le misurazioni isotopiche recentemente fornite dal rover Curiosity della NASA, che avevano rilevato un’insolita concentrazione di carbonio-13 nell’atmosfera.


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In precedenza si pensava che il principale meccanismo responsabile della dispersione del carbonio fosse il cosiddetto fenomeno dello “sputtering”, che consiste nella semplice interazione tra i raggi UV del Sole e gli strati superiori dell’atmosfera di Marte. Ma lo sputtering è un effetto relativamente modesto, quindi deve esserci stato qualche altro processo concorrente in grado di aumentarne l’efficacia (e la rapidità).


Ed è proprio qui che entra in gioco il nuovo meccanismo scoperto dal team di Renyu Hu. All’interno dello studio i ricercatori hanno descritto un processo che inizia nel momento in cui un raggio UV proveniente dal Sole colpisce una molecola di CO2 dell’atmosfera. La molecola assorbe l’energia del fotone, dividendosi in monossido di carbonio (CO) e ossigeno. A questo punto un’altra particella di luce ultravioletta colpisce il monossido di carbonio e ne causa l’immediata dissociazione in ossigeno e carbonio atomico (C). Alcuni degli atomi di carbonio così prodotti hanno energia sufficiente per sfuggire alla gravità di Marte, disperdendosi nello spazio interplanetario. Lo studio mostra anche come il carbonio-12 sia molto più suscettibile a questo fenomeno rispetto al più pesante carbonio-13.


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Creando un modello degli effetti a lungo termine di questo processo di fotodissociazione, nel quale sono stati inclusi anche i tassi di emissione dei vulcani, lo sputtering e la perdita di isotopi dovuta alla formazione di rocce carbonatiche, i ricercatori sono stati anche in grado di stabilire che 3.8 miliardi di anni fa l’atmosfera di Marte era in effetti molto simile a quella della Terra, proprio come precedentemente ipotizzato.


“L’efficienza di questo meccanismo mostra come di fatto non esista alcuna discrepaza tra i dati forniti da Curiosity, che indicano un’elevata densità di carbonio nell’odierna atmosfera, e la quantità di rocce carboniche presenti sulla superficie del pianeta” ha dichiarato Ehlmann. “Con questo meccanismo possiamo descrivere uno scenario evolutivo di Marte che si accorda perfettamente con l’attuale distribuzione di isotopi”.


Paper: Renyu Hu, David M. Kass, Bethany L. Ehlmann, Yuk L. Yung. Tracing the fate of carbon and the atmospheric evolution of Mars. Nature Communications, 2015; 6: 10003 DOI: 10.1038/NCOMMS10003

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