Spiegata la perdita di carbonio nell'atmosfera marziana

Una delle più affascinanti domande sul nostro sistema solare è come Marte si sia trasformato da mondo abitabile e ricco di acqua a pianeta desertico e inospitale, con un'atmosfera di anidride carbonica talmente sottile da far evaporare o solidificare qualunque traccia di acqua liquida in superficie.

Credits: Lance Hayashida/Caltech

Gli scienziati sospettano che un tempo l'atmosfera marziana fosse molto più densa di quella odierna. Mentre sonde spaziali come l'americana MAVEN stanno lentamente facendo luce sui meccanismi che avrebbero portato a una così massiccia perdita di massa atmosferica, un altro mistero rimane senza risposta: dov'è andato a finire tutto il carbonio? Se un tempo l'atmosfera marziana era davvero più sostanziosa di quella che vediamo oggi, le rocce dovrebbero custodirne le tracce, nella forma di concentrazioni di carbonati. Tuttavia, i dati raccolti in superficie dai rover e in quota dagli orbiter sembrano raccontare un'altra storia.

Secondo una nuova ricerca del Caltech e della NASA, circa 3.8 miliardi di anni fa Marte era avvolto da un'atmosfera abbastanza densa da esercitare in superficie una pressione pari a quella qui sulla Terra.

"I nostri modelli confermano che passare da un'atmosfera moderatamente densa a una sottile come quella attuale è del tutto possibile," spiega Renyu Hu del Caltech. "È emozionante che tutto ciò che conosciamo sull'atmosfera marziana può ora essere incollato assieme a formare un'unica immagine della sua evoluzione - e ciò non richiede una massiccia riserva di carbonio nascosta."

Dov'è andata a finire, quindi, tutta l'anidride carbonica? Gli scenari sono due: o è nella crosta, oppure è stata dispersa nello spazio. Uno studio pubblicato quest'estate è giunto alla conclusione che il primo chilometro di profondità di crosta marziana contiene una porzione infinitesimale del carbonio "mancante".

Anche lo scenario della perdita nello spazio si è dimostrato quantomeno complicato. I dati di MAVEN indicano che, ancora oggi, circa 100 grammi di atmosfera marziana vengono persi nello spazio ogni secondo, strappati via dal vento solare in un fenomeno noto come sputtering. Ciò suggerisce che questo processo abbia giocato un ruolo di primo piano nella perdita di massa atmosferica; tuttavia, mentre lo sputtering tende ad eliminare leggermente più isotopi carbonio-12 che carbonio-13, lo strumento SAM a bordo del rover Curiosity ha registrato quantità di carbonio-13 di gran lunga troppo elevate per poter essere state causate solo dallo sputtering. Nel giungere a questa conclusione, gli scienziati hanno considerato anche il rapporto iniziale tra i due isotopi, ricostruito a partire dall'analisi di meteoriti marziani. Insomma, qualche altro processo oltre allo sputtering dev'essere all'opera.

Hu e i suoi colleghi hanno identificato un meccanismo che potrebbe aver contribuito notevolmente all'arricchimento di carbonio-13. Il processo prevede che le radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole colpiscano una molecola di anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera superiore, spezzandola in monossido di carbonio (CO) e ossigeno (O). In questo processo, gli atomi di carbonio hanno abbastanza energia da poter fuggire dall'influenza gravitazionale del Pianeta Rosso. Tuttavia, i dati indicano che il carbonio-12 viene perso a ritmi di gran lunga superiori a quelli del carbonio-13. Questo processo è noto come "fotodissociazione ultravioletta".

"Questa scoperta risolve un paradosso duro a morire," spiega Bethany Ehlamann del Caltech e del JPL. "L'atmosfera molto spessa sembrava implicare la presenza di una grande riserva di carbonio in superficie, ma l'efficienza della dissociazione ultravioletta significa che non c'è alcun paradosso. I normali processi di perdita atmosferica, così come li comprendiamo e con i livelli di carbonato osservati, possono essere usati per ricostruire un'evoluzione di Marte che ha senso."