Il ruolo del carbonio nella formazione dell’atmosfera di Marte

Marte. Crediti: NASA.

Un nuovo studio negli Atti della National Academy of Sciences suggerisce che il modo in cui il carbonio si muove dalle regioni interne del pianeta verso la sua superficie gioca un ruolo importante nell’evoluzione della sua atmosfera. Se, ad esempio, Marte avesse rilasciato gran parte del suo carbonio sottoforma di metano avrebbe potuto essere sufficientemente caldo per la formazione di acqua allo stato liquido.

Un nuovo studio sul modo in cui il carbonio viene intrappolato e rilasciato dal magma vulcanico ricco di ferro offre nuovi indizi sulla primitiva evoluzione dell’atmosfera marziana e quella di altri corpi di tipo terrestre nel nostro Sistema Solare.

La composizione dell’atmosfera di un pianeta ha radici profonde sotto la superficie. Quando il materiale del mantello si scioglie per formare il magma, viene ad intrappolare il carbonio presente nel sottosuolo. Mentre il magma si muove verso la superficie e la pressione decresce, il carbonio viene rilasciato sottoforma di gas. Sulla Terra, il carbonio è intrappolato nel magma come carbonato e degasato come biossido di carbonio, un gas serra che aiuta l’atmosfera terrestre ad intrappolare il calore del Sole. Ma questo processo, ossia il modo in cui il carbonio viene trasferito dal sottosuolo nell’atmosfera negli altri pianeti del nostro Sistema Solare e di come esso possa influenzare le condizioni di effetto serra, non è stato ancora ben compreso.

“Sappiamo che il carbonio passa dal mantello solido al magma liquido, dal liquido al gas e poi fuoriesce” ha affermato Alberto Saal, Professore di Scienze Geologiche alla Brown University e uno degli autori dello studio. “Vogliamo capire il modo in cui le diverse specie di carbonio che si formano in condizioni rilevanti per il pianeta, influenzino il trasferimento.”

Quest’ultimo studio, a cui hanno collaborato anche ricercatori della Northwestern University e del Carnegie Institution di Washington, ha indicato che, in condizioni simili a quelle presenti nei mantelli di Marte, della Luna e di altri corpi, il carbonio viene intrappolato nel magma principalmente come specie chiamata ferro carbonile e rilasciato come monossido di carbonio e gas metano. Entrambi i gas, in particolare il metano, hanno un elevato potenziale di effetto serra.

I risultati, pubblicati negli Atti della National Academy of Sciences, suggeriscono che quando il fenomeno del vulcanismo era diffuso nella primitiva storia di Marte potrebbe essere stato liberato abbastanza metano per mantenere il pianeta molto più caldo di quanto lo sia oggi.

Una differenza fondamentale tra le condizioni nel mantello terrestre e nei mantelli di altri corpi di tipo terrestre è quella che viene definita “fugacità dell’ossigeno”, ossia la quantità di ossigeno libero disponibile a reagire con altri elementi. Il mantello terrestre attualmente ha una fugacità relativamente alta di ossigeno, ma in corpi come la Luna e nel primitivo pianeta Marte tale quantità è molto bassa. Per scoprire il modo in cui una più bassa fugacità di ossigeno influisca sul trasferimento di carbonio, i ricercatori hanno creato una serie di esperimenti usando basalto vulcanico simile a quelli trovati sulla Luna e su Marte.

E’ stata sciolta la roccia vulcanica a varie pressioni, temperature e fugacità dì ossigeno, utilizzando un potente spettrometro per misurare quanto carbonio viene assorbito dalla roccia fusa e in quale forma. I ricercatori hanno scoperto che a basse fugacità d’ossigeno, il carbonio viene intrappolato sottoforma di ferro carbonile, qualcosa che la ricerca precedente non aveva rilevato. A pressioni più basse, il ferro carbonile viene degassato come monossido di carbonio e metano.

“Abbiamo scoperto che si può sciogliere nel magma più carbonio a bassa fugacità di ossigeno di quanto si pensasse”, ha dichiarato Diane Wetzel, studentessa laureata alla Brown University e autrice principale dello studio. “Ciò gioca un ruolo importante nel degassamento degli interni planetari e nel modo in cui poi viene ad influenzare l’evoluzione delle atmosfere nei diversi corpi planetari.”

All’inizio della sua storia, Marte era la patria di vulcani attivi e giganti, il che significa che una notevole quantità di metano deve essere stata rilasciata col trasferimento di carbonio. A causa del potenziale effetto serra del metano, che è molto superiore a quello dell’anidride carbonica, i risultati suggeriscono che anche una sottile atmosfera nella primitiva storia di Marte potrebbe aver creato delle condizioni di temperature sufficientemente alte perchè l’acqua si venisse a trovare allo stato liquido in superficie.

Altri autori del paper sono: Malcolm Rutherford della Brown University, Steven Jacobsen della Northwestern University e Erik Hauri del Carnegie Institution. Il lavoro è stato supportato dalla NASA, dalla National Science Foundation, dal David and Lucile Packard Foundation, e dal Deep Carbon Observatory.

Fonte Bown University – Carbon’s role in atmosphere formation: http://news.brown.edu/pressreleases/2013/04/magma

Sabrina