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Scomparsa del metano su Marte: un nuovo meccanismo come spiegazione

La prima scoperta che ha catturato l’interesse degli scienziati di tutto il mondo riguarda la probabilità che Marte sia diventato abitabile già 4,2 miliardi di anni fa, subito dopo il cosiddetto  “Intenso Bombardamento Tardivo” di meteoriti che colpii il sistema solare. Nonostante ciò, però, analizzando con tecniche di microscopia elettronica e tomografia alcuni dei minerali più antichi ritrovati sulla superficie del pianeta rosso, come zirconi e grandi di baddeleyite, gli scienziati hanno dimostrato che “questi minerali non sono stati sottoposti a pressioni e temperature enormi come ci si aspetta dalla caduta continua di asteroidi giganteschi“.

Sul pianeta rosso è stato osservato che, ogni due anni, si apre un grosso cratere da cui fuoriescono residui di vapore acqueo. Inizialmente considerato un bene dagli scienziati, è stato scoperto solo successivamente che questi si disperdono facilmente nell’atmosfera,raggiungendo cosi quote che ne impediscono la reintegrazione.

marte

Su Marte inoltre sono stati trovati residui di gas metano. Le cause della creazione, dopo una prima indagine, potrebbero risiedere nei processi inorganici e nella produzione biologica da parte di microbi. Tuttavia però come già detto, la scomparsa di quest’ultimo non può essere dimostrata attraverso una semplice degradazione fotochimica provocata dai raggi UV del Sole. Inoltre sono stati scoperti migliaia di vulcani eruttanti fango, probabilmente datati ad oltre 370 milioni di anni fa, a causa delle grosse masse d’acqua in risalita dal permafrost di marziano.

Da una quindicina di anni a questa parte la questione della possibile presenza di una qualche forma di vita su Marte è al centro di molte discussioni, da quando sul Pianeta Rosso è stato rilevato il metano – un gas che può anche essere il prodotto di reazioni chimiche inorganiche, come la serpentinizzazione di alcune rocce, un processo (geologico) di interazione tra acqua, anidride carbonica e minerali come l’olivina. Il metano, però, può anche essere di origine organica: un sottoprodotto della vita, grande o piccola che sia.

La ricerca del metano marziano, però, ha dato risultati contrastanti. I dati della sonda Mars Express e di Curiosity, ad esempio, hanno dimostrato la sua esistenza, tant’è che si è dedotto che avrebbe cicli stagionali, passando da circa 0,24 ppb (part per billions, parti per miliardo) nell’emisfero settentrionale durante l’inverno, a circa 0,65 ppb durante l’estate. Per contro, l’ExoMars Trace Gas Orbiter (il modulo principale della missione ExoMars dell’Esa) ha dimostrato il contrario: a poche centinaia di metri di quota non c’è traccia del gas. Com’è possibile?

Da una parte c’è chi ritiene che la scomparsa del metano avvenga per degradazione fotochimica, ossia per la frantumazione della molecola di metano ad opera delle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole, in un processo che porta alla formazione di anidride carbonica, formaldeide e metanolo. In effetti è un’ipotesi realistica, e tuttavia non dovrebbe essere così rapida da far scomparire tutto il metano, come mostrano i dati di ExoMars.

metano su marte

D’altra parte, secondo i ricercatori dell’Università di Aarhus (Danimarca), non sarebbe solamente una questione di degradazione fotochimica: a disgregare le molecole di metano contribuirebbe anche l’azione del vento solare, capace di trasformarle in metile, metilene e carbyne. Elementi che possono reagire con alcuni minerali presenti nelle rocce marziane, una volta che sono stati ossidati dall’atmosfera del pianeta; inoltre, gli atomi di silicio (presenti in quantità nel plagioclasio) si possono facilmente legare con gli atomi di carbonio che forma il metile derivato dal metano. Questo processo porta a una veloce degradazione del metano, e spiegherebbe perché non lo si rileva a quote di poche centinaia di metri.

Erosione e chimica

Nello studio pubblicato sulla rivista scientifica Icarus, i ricercatori della Aarhus University hanno proposto che questo processo potrebbe essere indotto da un fenomeno chiamato “saltation”. In pratica, il vento forte del pianeta applica una erosione, causando la ionizzazione del metano in composti come il metile (CH3), il metilene (CH2) e il carbyne (CH). Utilizzando minerali simili sulla Terra a quelli presenti sul pianeta rosso, il team ha concluso che questo meccanismo potrebbe spiegare in che modo il metano si disperde dall’atmosfera.

La presenza di questi composti chimici significa essenzialmente che ci sono poche possibilità che la vita possa esistere sulla superficie marziana, sebbene si conosca la presenza passata di batteri. Purtroppo c’è bisogno di future esplorazioni e analisi sul campo, e nel 2020 potremo avere nuove risposte dai rover che saranno lanciati.

Per anni, il gruppo multidisciplinare Mars ( marslab.au.dk ) ha studiato l’importanza dell’erosione causata dal vento di minerali per la formazione di superfici reattive in condizioni simili a Marte. A tale scopo, il gruppo di ricerca ha sviluppato attrezzature e metodi per simulare l’erosione su Marte nei loro laboratori “terrestri”.

metano su marte
Simulazione dell’erosione del vento su Marte. L’ampolla di quarzo contiene particelle di basalto di olivina e simile a Marte. Agitando la fiala, gli esempi simulano la salatura generata dal vento, vale a dire. che il vento induce i granelli di sabbia a fare brevi salti sulla superficie. L’attrito delle particelle crea cariche elettriche e la stella gialla mostra che un atomo di argon ha perso un elettrone. Le piccole cariche elettriche fanno brillare leggermente le particelle, come illustrato nelle quattro immagini a destra. Grafica: Mars Simulation Laboratory, AU

Sulla base di minerali analoghi a Marte come basalto e plagioclasio, i ricercatori hanno dimostrato che questi solidi possono essere ossidati e che i gas sono ionizzati durante i processi di erosione. Pertanto, il metano ionizzato reagisce con le superfici minerali e si lega a esse. Il team di ricerca ha dimostrato che l’atomo di carbonio, come il gruppo metilico del metano, si lega direttamente all’atomo di silicio in plagioclasio, che è anche un componente dominante del materiale di superficie di Marte.

Ciò che i ricercatori vedono in laboratorio potrebbe anche spiegare la perdita di metano su Marte. Con questo meccanismo, che è molto più efficace dei processi fotochimici, il metano potrebbe essere rimosso dall’atmosfera entro il tempo osservato e quindi depositato nel suolo di origine marziana.

La possibilità della vita

Il gruppo di ricerca ha inoltre dimostrato che queste superfici minerali possono portare alla formazione di sostanze chimiche reattive come il perossido di idrogeno e i radicali di ossigeno, che sono molto tossici per gli organismi viventi, inclusi i batteri.

I risultati del gruppo sono importanti per valutare la possibilità di vita sulla superficie di Marte o nelle sue vicinanze. In una serie di studi di follow-up, i ricercatori esamineranno ora cosa sta succedendo con il metano legato e se cambia anche il processo di erosione in aggiunta ai gas in atmosfera o addirittura rimuove completamente il materiale organico più complesso, che può avere origine su Marte stesso o è arrivato su Marte come parte dei meteoriti.

I risultati hanno quindi un impatto sulla nostra comprensione della conservazione del materiale organico su Marte e quindi sulla questione fondamentale della vita su Marte, tra l’altro in relazione all’interpretazione dei risultati del prossimo rover ExoMars, su cui l’ESA dovrebbe atterrare Marte nel 2021.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Ikarus: “Light on windy nights on Mars: A study of saltation-mediated ionization of argon in a Mars-like atmosphere” Aarhus University

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