Produzione di ozono sopra il polo sud invernale su Marte. Crediti: ESA/ATG medialab
L’ozono (O3) è una forma di ossigeno che contiene tre atomi invece che due. Pur essendo un gas velenoso per gli esseri umani è fondamentale per la vita: lo strato di ozono presente nella stratosfera protegge la Terra dall’azione nociva dei raggi ultravioletti provenienti dal Sole.
Anche nell’atmosfera di Marte si trova ozono, in una concentrazione che è mediamente 3.000 volte più rarefatta di quella terrestre ma che varia grandemente a seconda delle zone e delle stagioni del pianeta. In anni recenti, lo spettrometro ultravioletto SPICAM a bordo della sonda ESA Mars Express ha studiato a fondo i due distinti strati di ozono conosciuti, di cui uno persistente più vicino alla superficie e un altro ad andamento stagionale localizzato a un’altezza variabile tra i 30 e i 60 km. SPICAM ha poi scoperto l’esistenza di un ulteriore terzo strato di ozono tra i 40 e i 60 kmsopra il polo sud nella stagione invernale, senza alcune controparte al polo nord.
In un articolo pubblicato su Nature Geoscience, Franck Montmessin e Franck Lefèvre, due scienziati dell’istituto francese LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales), hanno cercato di spiegare la dicotomia dello strato di ozono polare, analizzando i dati raccolti da SPICAM durante tre anni e mezzo marziani (2004-2011) e comparandoli con un modello climatico globale che descrive la fotochimica marziana nel suo complesso.
I confronti con il modello climatico hanno convinto i due ricercatori che lo strato di ozono polare si formi come risultato del trasporto su vasta scala di aria ricca in ossigeno da latitudini più soleggiate a quelle polari, dove gli atomi di ossigeno si ricombinano per formare ozono. Tuttavia, questa reazione è controbilanciata dalla distruzione dell’ozono a causa di radicali idrogeno liberi, la cui concentrazione cambia su Marte in funzione delle variazioni stagionali del vapore acqueo. Gli autori quindi ritengono che la spiegazione alla dicotomia di comportamento tra un polo e l’altro nello strato di ozono recentemente scoperto risieda nelle variazioni stagionali di temperatura e vapore acqueo, causate indirettamente dalla notevole eccentricità dell’orbita di Marte e dalla sua inclinazione assiale.
L’estate meridionale si verifica infatti attorno al perielio, quando Marte è più vicino al sole di più di 40 milioni di km rispetto al periodo dell’estate settentrionale, con la conseguenza che l’emisfero sud presenta estati più calde di quello nord. Una differenza che determina una maggiore presenza di vapore acqueo in atmosfera, la quale a sua volta determina la produzione di radicali idrogeno che, trasportati dalle correnti verso settentrione, distruggono le molecole di ozono.
Durante le più fresche estati settentrionali, il vapore d’acqua rimane per la maggior parte confinato al di sotto dei 15 km di altezza. Siccome i radicali idrogeno si possono creare solo a causa della fotolisi sopra i 25 km, ben poche di queste molecole distruttive per l’ozono vengono prodotte e trasportate dalle correnti verso sud, lasciando intatto lo strato di ozono formatosi sopra le alte latitudini meridionali. I ricercatori hanno calcolato che il tasso di disgregazione dell’ozono sopra il polo nord invernale sia 100 volte maggiore che sopra la sua controparte meridionale.
“Riteniamo che questo spieghi il differente comportamento dello strato di ozono polare durante l’inverno marziano,” commenta Montmessin. “Il processo di formazione dell’ozono osservato non ha un equivalente sulla Terra, così Marte ci fornisce un esempio di quanto complessi e differenziati possano essere i processi chimici nelle atmosfere dei pianeti di tipo terrestre, e di come potrebbero potenzialmente operare su esopianeti simili.”
I risultati della ricerca sono descritti nell’articolo “Transport-driven formation of a polar ozone layer on Mars“, di Franck Montmessin and Franck Lefèvre, pubblicato online il 29 Settembre 2013 su Nature Geoscience.