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Qualcosa su Marte sta producendo metano

Marte emette metano, ha confermato la Mars Express Orbiter. Ma gli scienziati non possono ancora dire se la fonte sia geologica o biologica. Il gas metano si diffonde periodicamente nell’atmosfera di Marte; questa nozione, una volta considerata non plausibile e perplessa, è ora ampiamente accettata dagli scienziati planetari. Perché il metano è lì è ancora un mistero sconcertante. Potrebbe anche essere prodotto dai microbi marziani che vivono nelle rocce sotto la superficie.

Nella rivista Nature Geoscience, gli scienziati che hanno collaborato con l’orbiter Mars Express dell’Agenzia spaziale europea hanno riferito che nell’estate del 2013, la sonda ha rilevato il metano all’interno del Gale Crater, una depressione larga 150 kilometri nei pressi del Martian equator. Ciò è degno di nota, perché il rover Curiosity della NASA ha esplorato quella regione dal 2011 e anche nell’estate del 2013 ha misurato un marcato aumento di metano nell’aria che è durato almeno due mesi.

“La scoperta rappresenta la prima conferma indipendente di un rilevamento di metano”, ha detto Marco Giuranna, scienziato dell’Istituto Nazionale di Astrofisica in Italia. La dott.ssa Giuranna è la principale investigatrice dello strumento Mars Express che ha effettuato le misurazioni.

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Una vista su Marte scattata dalla sonda spaziale Mars Express dell’Agenzia Spaziale Europea nel 2016. Credito di credito ESA / DLR / FU Berlino / Justin Cowart

La presenza di metano è significativa perché il gas decade rapidamente. I calcoli indicano che la luce solare e le reazioni chimiche nella sottile atmosfera marziana potrebbero rompere le molecole entro poche centinaia di anni, quindi il metano rilevato deve essere stato creato di recente.

Potrebbe essere stato creato da un processo geologico noto come serpentinizzazione, che richiede sia calore che acqua liquida. Oppure potrebbe essere un prodotto della vita, in particolare metanogeni, microbi che rilasciano metano come prodotto di scarto. I metanogeni prosperano in luoghi privi di ossigeno, come le rocce sottoterra e i tratti digestivi degli animali. Anche se la fonte del metano risulta essere geologica, i sistemi idrotermali che producono le emissioni rimarrebbero comunque luoghi privilegiati per la ricerca di segni di vita.

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Una vista del Gale Crater su Marte, scattata da Mars Odyssey della NASA. Credito NASA / JPL-Caltech / ASU

Quindici anni fa, tre gruppi di scienziati, due da terra e la Mars Express, hanno riferito di aver individuato il metano nell’atmosfera marziana. Tutte le misure erano al limite delle capacità degli strumenti.

Due anni dopo, il metano sembrava essere scomparso. Se quella scoperta era accurata, suggeriva non solo che qualcosa stava creando metano su Marte, ma che qualcos’altro stava rapidamente distruggendolo.

La missione Curiosity inizialmente gettò più dubbi sulle affermazioni del metano, poiché rilevò molta poca concentrazione, circa 0,7 parti per miliardo. Poi, nel 2013, i livelli sono aumentati di un fattore pari a 10. Nel gennaio successivo, i livelli sono scesi al di sotto di 1 parte per miliardo. Il metano è scomparso così rapidamente e i livelli usuali sono così bassi che gli scienziati stanno ora cercando di spiegare come il metano possa essere distrutto così rapidamente.

Nella nuova ricerca, gli scienziati hanno esaminato i passaggi che Mars Express ha realizzato su Gale Crater durante i primi 20 mesi della missione di Curiosity. Per tutte tranne una delle osservazioni dell’orbiter, non è stato rilevato metano. Ma il 16 giugno 2013 lo strumento misurava circa 15 parti per miliardo di metano.  Dato confermato un giorno prima dalla Curiosity.

“Riafferma l’ipotesi che Marte sia attualmente attivo”, ha detto Sushil Atreya, uno scienziato planetario dell’Università del Michigan e membro del team scientifico di Curiosity.

Le scoperte di Mars Express indicano anche una possibile fonte del metano, circa 450 Km a est di Gale. In quella regione, il ghiaccio deve esistere appena sotto la superficie. “Quel metano potrebbe essere rilasciato episodicamente lungo faglie che sfondano il permafrost a causa del parziale scioglimento dei ghiacci”, ha detto la dottoressa Giuranna. Se fosse vero, quello potrebbe essere un sito allettante per una futura astronave per districare il mistero del metano.

Il ciclo stagionale del metano su Marte

Comprendere l’origine e i dettagli di ogni elemento presente su Marte è il compito degli scienziati che utilizzano i dati provenienti da sonde, rover e lander presenti sul Pianeta rosso. E, proprio grazie alle informazioni raccolte da Curiosity della Nasa, due gruppi di ricercatori hanno compreso il funzionamento dei cicli stagionali del metano. Gli esperti suggeriscono che alcune particelle possano essere intrappolate in cristalli a base di acqua e identificano ulteriori molecole che trasportano carbonio, importanti per comprendere i processi che governano il quarto pianeta del Sistema solare.

Nel primo studio, uscito oggi su Science, Christopher Webster (del Jet Propulsion Laboratory della Nasa) e i suoi colleghi riportano misure dettagliate effettuate in situ del metano atmosferico di Marte: misure che mostrano una variazione stagionale della sua abbondanza. Piccole concentrazioni di metano erano già state precedentemente rilevate nell’atmosfera del Pianeta rosso, ma come si è formato? Su questo punto il dibattito è ancora acceso. Sulla Terra la maggior parte del metano è prodotta da fonti organiche, mentre numerosi processi abiotici sono stati proposti per spiegare il metano marziano.

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Questo grafico mostra i modi in cui il metano potrebbe passare dal sottosuolo alla superficie, dove il suo assorbimento e rilascio potrebbero produrre una grande variazione stagionale nell’atmosfera. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

I ricercatori hanno analizzato tre anni marziani (55 mesi terrestri) di misure atmosferiche effettuate con lo strumento Tunable Laser Spectrometer del Sample Analysis at Mars (Sam) a bordo del roverCuriosity. I dati rivelano che i livelli di metano di fondo seguono, sul Pianeta Rosso, un netto ciclo stagionale, oscillando tra 0,24 e 0,65 parti per miliardo, con un picco sul finire dell’estate nell’emisfero settentrionale (e sul finire dell’inverno nell’emisfero australe). Gli autori hanno suggerito, in ultima analisi, che grandi quantità di gas possano essere immagazzinate nel freddo sottosuolo marziano all’interno di cristalli a base di acqua chiamati clatrati. Le fluttuazioni nel rilascio del metano in superficie, suggeriscono gli scienziati, sarebbero dovute cambiamenti stagionali di temperatura.

In un secondo studio, uscito anch’esso oggi su Science, Jennifer Eigenbrode e colleghi della Nasa analizzano campioni di terreno raccolti con il trapano montato a bordo del rover Curiosity: campioni nei quali sono stati rilevati diversi composti organici. I ricercatori hanno analizzato nuovi campioni da due siti nel cratere Gale, Mojave e Confidence Hills, che ospitano rocce sedimentarie di circa tre miliardi di anni. Gli strumenti a bordo del rover della Nasa hanno estratto i nuovi campioni e li hanno riscaldati, analizzando le molecole che sono state rilasciate. Dai dati si evince la presenza di numerose molecole organiche e volatili che ricordano la roccia sedimentaria ricca di sostanze organiche presenti sulla Terra: tiofene, 2- e 3-metiltiofene, metantiolo e solfuro dimetile. Poiché molte delle molecole analizzate differiscono per una sola catena laterale carbonios, gli autori ritengono che possa trattarsi di frammenti di molecole più grandi. E in effetti, il confronto di questi campioni con le tracce organiche rinvenute nei meteoriti marziani suggerisce che i primi derivino da molecole organiche più grandi.

Serpentizzazione e metanogeni come generatori di metano

La serpentinizzazione è un processo geologico di metamorfismo a bassa temperatura che coinvolge calore ed acqua nel quale le rocce mafiche ed ultramafiche a basso contenuto di silice vengono ossidate (ossidazione anaerobica del Fe2+ da parte dei protoni dell’acqua producendo H2) ed idrolizzate con l’acqua in serpentinite. Il peridoto, inclusa la dunite sul fondo marino e nelle catene montuose vengono convertiti in serpentino, brucite, magnetite ed altri minerali — alcuni rari come l’awaruite (Ni3Fe) ed anche il ferro nativo. Durante il processo vengono assorbite dalla roccia grandi quantità d’acqua che ne causano l’aumento di volume e la distruzione della struttura.

La densità scende da 3,3 a 2,7 g/cm3 con un aumento di volume di circa il 40%. La reazione è esotermica e comporta la produzione di una grande quantità di calore.

La temperatura della roccia può salire anche di 260 °C, fornendo una sorgente di energia per la formazione di sorgenti idrotermali non collegate all’attività vulcanica. Le reazioni chimiche di formazione della magnetite producono idrogeno gassoso nelle condizioni anaerobiche prevalenti in profondità nel mantello terrestre, lontano dall’atmosfera terrestre. I carbonati ed i solfati vengono di conseguenza ridotti dall’idrogeno formando quindi metano ed acido solfidrico. L’idrogeno, il metano e l’acido solfidrico forniscono una fonte di energia per i microorganismi chemiotrofici nelle profondità marine.

metanogeni sono procarioti appartenenti al dominio degli Archaea (detti anche archeobatteri anche se è preferibile il primo termine per non creare fraintendimenti nella loro affiliazione tassonomica). I metanogeni utilizzano l’idrogeno molecolare come fonte di energia. Sono spesso presenti in consorzi di microrganismi nei quali l’idrogeno viene liberato dalle fermentazioni di batteri, protozoi e funghi. Questa azione favorisce una migliore fermentazione complessiva poiché permette di produrre acetato con una migliore resa in ATP. Sono anaerobi obbligati, possono cioè vivere soltanto in assenza di ossigeno, una condizione presente solo in specifici ambienti quali il rumine dei ruminanti, l’intestino di alcuni mammiferi, uomo compreso, e nei fondali delle paludi. Esistono oltre 50 specie descritte di metanogeni, che, sebbene appartengano tutti agli Euryarchaeota, non costituiscono un gruppo monofiletico. Non vanno quindi unicamente identificati con la classe dei Metanobatteri.

Referenze

  • Science: “Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations“, di Christopher R. Webster et al.; “Organic matter preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale crater, Mars“, di Jennifer L. Eigenbrode et al.
  • INAF – Eleonora Ferroni – Il ciclo stagionale del metano marziano
  • NYT – Something on Mars Is Producing Gas Usually Made by Living Things on Earth
  • Serpentinization: The heat engine at Lost City and sponge of the oceanic crust
  • Methane and hydrogen formation from rocks – Energy sources for life, su lostcity.washington.edu.
  • C. R. Woese, O. Kandler e M. L. Wheelis, Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya, in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 87, nº 12, 1990-6, pp. 4576–4579.

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