Effetto serra nella primitiva atmosfera marziana

Interno di marte

Rappresentazione artistica dell’interno di Marte. Crediti NASA/JPL.

di Umberto Genovese

Con la scoperta di bacini argillosi su Marte ad opera del rover Curiosity il dibattito sull’antica presenza di acqua su Marte si fa sempre più acceso (1).

La presenza di acqua allo stato liquido presuppone che le condizioni ambientali marziane per un periodo passato siano state molto diverse da quelle attuali: innanzitutto Marte doveva essere molto più caldo di adesso. Come avevo evidenziato in passato (2) la Zona Goldilocks del Sole attualmente si estende tra 0,8 e 1,2 U.A. dalla stella, mentre Marte orbita un po’ più in là, a circa 1,52 U.A. Quindi su Marte avrebbe dovuto essere presente un fenomeno naturale capace di innalzare la temperatura fin oltre i 273° kelvin, ossia di almeno 50 gradi centigradi rispetto alla radiazione solare attuale (3) e almeno 70° a quella presente durante il Periodo Noachiano. Un meccanismo naturale capace di innalzare così le temperature esiste eccome: è l’Effetto Serra (4). Alcuni gas hanno la capacità di trattenere il calore più di altri tanto da sconvolgere l’equilibro termico naturale (5).

Il Monte Olimpo, il più grande vulcano conosciuto del Sistema Solare.

Senza dubbio questi tre gas combinati insieme hanno prodotto sul primitivo Marte un massiccio effetto serra che ha innalzato le temperature quel tanto che era sufficiente a mantenere l’acqua liquida. Sicuramente un ruolo importante l’ha avuto la crosta marziana che nel momento in cui si è solidificata ha ceduto la parte di acqua e anidride carbonica che tratteneva dando origine a una primitiva atmosfera. Nuovi studi sull’ipotetica composizione chimica e le condizioni fisiche dell’interno marziano (6) suggeriscono che particolari condizioni del mantello fuso del pianeta possono essere state responsabili attraverso gli imponenti vulcani del pianeta del rilascio di quantità significative di metano – che sappiamo essere uno dei più potenti gas serra – nella sua atmosfera. Finché è durata l’attività vulcanica marziana quindi Marte ha goduto dei benefici di un potente effetto serra che ha reso la sottile atmosfera marziana – non dimentichiamoci che Marte è grande la metà della Terra e nove volte meno pesante – abbastanza densa e calda.

Come suggerisce anche la sua densità (7), Marte è il meno denso dei pianeti rocciosi e nonostante tutto la percentuale di ferro contenuta nel suo mantello è insolitamente alta rispetto agli altri pianeti interni. Questo indica che la differenziazione chimica nota anche come Catastrofe del Ferro non si è mai conclusa per il Pianeta Rosso. Complice le ridotte dimensioni, un’atmosfera più sottile, e probabilmente, meno elementi radioattivi pesanti come il torio (Th) e l’uranio (U) ereditati dalla nebulosa primordiale – che sulla Terra mantengono fluido il mantello e il nucleo – l’interno del pianeta si è raffreddato troppo presto, non si è sviluppato un nucleo fluido rotante capace di produrre un campo magnetico planetario importante in grado di proteggere l’atmosfera dall’azione ablativa del vento solare e dei raggi cosmici, si è interrotta l’attività vulcanica che alimentava l’atmosfera di metano.

Se Marte ha ospitato le condizioni a contorno necessarie allo sviluppo della vita, probabilmente queste si sono affacciate troppo presto e per troppo poco tempo nella storia marziana per essere significative.

Altri riferimenti:
NASA rover studies geology of Mars’s crater, Physics Today, 3 aprile 2013: http://blogs.physicstoday.org/newspicks/2013/04/nasa-rover-studies-geology-of-marss-crater/
Martian interior inside Mars, Esa Mars Express 7 gennaio 2007: http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=31028

(1) Alcune riprese ad alta risoluzione del Monte Sharp – Aeolis Mons, al centro del Gale Crater – fatte dal Mars Reconnaissance Orbiter suggeriscono che il monte sia il prodotto di depositi sedimentari trasportati dal vento che soffia nel cratere. Le immagini mostrano infatti che gli strati sedimentari sono inclinati piuttosto che piatti come ci si aspetterebbe dai depositi prodotti da acqua stagnante. Per contro, la presenza di argilla e fosfati nella zona del cratere indica che un tempo su Marte sono probabilmente esistite le condizioni di temperatura e pressione necessarie per mantenere, almeno per un breve periodo, l’acqua allo stato liquido.
(2) La Zona Circumstellare Abitabile del Sole, Progetto Drake 15 gennaio 2013: http://drake.ilpoliedrico.com/la-zona-circumstellare-abitabile-del-sole.html
(3) Nel passato il Sole generava assai meno energia di oggi; si suppone che il periodo umido di Marte sia avvenuto almeno 3 miliardi di anni fa, quando la nostra stella sprigionava solo l’80% dell’energia attuale.
(4) I gas serra naturali più efficaci sono l’anidride carbonica CO2, il metano CH4 e il vapore acqueo H2O.
(5) Il meccanismo è piuttosto complesso. Riguarda la capacità di un gas o una molecola di riemettere il totale della radiazione ricevuta in una banda piuttosto ristretta di lunghezze d’onda, in questo caso nell’infrarosso. Questo influenza l’opacità del gas o di una atmosfera in determinate lunghezze d’onda traducendosi in una disparità tra la radiazione incidente e quella riflessa consentendo così al mezzo di trattenere calore.
(6) Carbon’s role in atmosphere formation, Brown University 8 aprile 2013: http://news.brown.edu/pressreleases/2013/04/magma
(7) I pianeti del Sistema Solare: http://ilpoliedrico.com/utility/i-pianeti-del-sistema-solare