Mentre è ormai accettato che il lontano passato di Marte includesse acqua liquida, la presenza di un oceano di appena 3 miliardi di anni fa sembrava impossibile. Tuttavia, è stato pubblicato uno studio sulla rivista scientifica PNAS che mostra il contrario, consentendo di simulare il sistema climatico marziano di quel tempo. Allo stesso tempo, sulla Terra, la vita si è sviluppata per conquistare un gran numero di ecosistemi.
Il clima era probabilmente freddo sui continenti equatoriali, ma l’oceano polare potrebbe essere rimasto liquido, come dimostrato da una serie di indizi geologici. In questo scenario, anche il nostro pianeta gemello avrebbe potuto essere ampiamente favorevole allo sviluppo della vita prima di diventare il Pianeta Rosso. Un oceano stabile fornirebbe l’acqua liquida necessaria per la vita su grandi scale temporali come solvente chimico, ma anche come protezione dalle radiazioni stellari. Queste condizioni sembrano necessarie, ma certamente non sufficienti e l’apparizione della vita è una questione aperta della Scienza del XXI secolo. Va ricordato che fino ad oggi nessuna traccia di vita è stata scoperta al di fuori della Terra, sia su Marte che in qualsiasi parte dell’Universo.
La presenza di acqua liquida su Marte 3,5-4 miliardi di anni fa (nell’era geologica denominata Noachian) è attestata dalla presenza di valli ramificate. Queste valli sono state formate da acqua liquida, più comunemente sotto forma di pioggia o di scioglimento della neve. Il flusso d’acqua produce piccoli fiumi con un profilo di erosione a V che si fondono per diventare fiumi più grandi e così via: il paesaggio finale è una rete di valli ramificate, a volte sfociano in laghi.
Le valli glaciali, invece, sono di forma diversa a causa della massiccia erosione glaciale, a forma di U e meno ramificate. Perché Marte è stato in grado di conservare l’effetto di questi processi avvenuti così indietro nel tempo quando è impossibile sulla Terra? Sulla Terra abbiamo la tettonica a zolle, che ha riunito tutti i continenti 200 milioni di anni fa in un supercontinente: Pangea. Pertanto, sulla Terra, è impossibile trovare paesaggi più antichi. Su Marte la tettonica a placche non esiste e i paesaggi rimangono fissi, accumulando gradualmente le cicatrici del tempo.
Un oceano nell’emisfero settentrionale di Marte
La presenza nell’emisfero settentrionale di un oceano polare è controversa, ma diverse squadre hanno identificato una costa antica e coerente. Recentemente è stata fatta una nuova scoperta: l’identificazione di depositi di megatsunami, indicanti indirettamente la presenza di un oceano, e persino l’identificazione del cratere da impatto all’origine di questo deposito. Il cratere Lomonosov ha una forma particolare che indicherebbe la sua formazione in un oceano. L’età stimata è di 3 miliardi di anni alla fine dell’era geologica chiamata Esperia.
Come stimare l’età di una superficie planetaria? Gli astrogeologi utilizzano il metodo del conteggio dei crateri basato su un principio molto semplice: i crateri si accumulano nel tempo. Una superficie vecchia è quindi una superficie più craterizzata di una superficie giovane. Questo metodo dà l’età relativa (più vecchio/più giovane), ma per avere un’età assoluta è necessario avere la corrispondenza tra la densità del cratere e un’età di esposizione. Questo lavoro potrebbe essere stato fatto sulla Luna in base alla datazione assoluta dei campioni riportati sulla Terra. Per Marte, il lavoro di modellazione ha stabilito la corrispondenza tra la densità del cratere e l’età assoluta.
La principale controversia scientifica sull’oceano marziano deriva dal fatto che i precedenti modelli climatici non potevano simulare un oceano stabile in questo momento: tutta l’acqua accumulata sulle montagne sotto forma di neve. Lo studio pubblicato sulla rivista PNAS, condotto in collaborazione tra un team dell’Università di Paris-Saclay/CNRS/GEOPS e la NASA/GISS, ha appena realizzato una simulazione climatica, comprendente due nuovi ingredienti essenziali: la circolazione oceanica e i ghiacciai. Sommando questi due processi, queste nuove simulazioni climatiche mostrano un oceano stabile nell’emisfero settentrionale, anche per le temperature medie di Marte inferiori a 0°C. L’oceano, nonostante la sua posizione polare, non gela grazie alle correnti oceaniche che portano acqua calda verso i poli. D’altra parte, queste simulazioni prevedono la presenza di ghiacciai che portano il ghiaccio dagli altopiani verso l’oceano. Queste previsioni sono in accordo con le interpretazioni geologiche delle immagini che indicano la presenza di queste valli glaciali.
Modellazione del clima di Marte
Simulare il clima di Marte 3 miliardi di anni fa non è un’impresa da poco. È necessario avere una rappresentazione numerica del clima, basata su principi fisico-chimici, dello stesso tipo di quelli usati per simulare il clima terrestre, ma adattati a Marte. Bisogna tener conto che da un lato Marte è più lontano dal Sole della Terra e quindi riceve meno energia, e che dall’altro il Sole in passato forniva meno luce di oggi. In queste condizioni, l’illuminazione solare di Marte in quel momento è solo un terzo di quella che la Terra riceve oggi.
Per ottenere condizioni temperate e acque superficiali liquide, il flusso solare inferiore deve essere compensato da importanti gas serra e da un’elevata densità atmosferica. Per avere acqua liquida è necessaria una pressione atmosferica di 1 bar (come sulla Terra odierna, ma 100 volte superiore a quella attuale su Marte), ma la CO2 (attualmente dominante su Marte) non è abbastanza potente da raggiungere da sola il punto di fusione di acqua (0°C). È necessario un altro potente gas serra: il team scientifico ha quindi utilizzato un’atmosfera con il 90% di CO2 e il 10% di H2 nel loro modello. Questo potentissimo gas serra potrebbe essere stato rilasciato dall’intenso vulcanismo dell’epoca o dal degassamento durante gli impatti meteorici.
I risultati mostrano che il clima continentale avrebbe dovuto essere il seguente: una zona calda e umida vicino alla riva, con temperature medie annue superiori a 0°C e piogge. Zona fredda e secca con temperature inferiori a 0°C su tutti gli altipiani dell’emisfero sud di Marte. In questa seconda zona, le montagne più alte hanno accumulato neve che si è trasformata in un ghiacciaio che scorre verso l’oceano per completare il ciclo. Le previsioni di questo clima sono in accordo con la presenza di reti di valli ramificate in prossimità delle coste e la presenza di ampie valli glaciali risultanti dalle zone di accumulo di neve.
La storia degli elementi volatili (liquido, ghiaccio, gas) su Marte e sull’acqua non è ovviamente del tutto compresa durante la storia marziana. Quanta acqua è disponibile nel tempo? In che forma è: ghiaccio, liquido, permafrost, minerali idratati? Questa pubblicazione scientifica presume che ci fosse abbastanza acqua per un oceano, ma cosa è successo a quell’acqua in seguito è un grande mistero! Si possono formulare diverse ipotesi: fuga dall’atmosfera nello spazio, stoccaggio sotterraneo sotto forma di ghiaccio (permafrost) o minerali idrati. Ovviamente, l’acqua degli attuali bacini marziani proveniente dalle calotte polari e dai ghiacciai non è sufficiente per alimentare un oceano.
Per completare questo studio, desideriamo ora esaminare più precisamente gli indici delle valli glaciali marziane di questo periodo dalle immagini satellitari. Il rover cinese Zhurong è atterrato nel maggio 2021 nella regione paleo-oceanica. Ci aspettiamo di trovare prove dell’oceano nelle rocce che esamineranno. Presto, in meno di dieci anni, Mars Ice Mapper, il nuovo progetto di missione della NASA dotato di un radar ecoscandaglio senza precedenti, sarà in grado di studiare la struttura del sottosuolo. Questa missione ci darà sicuramente nuovi argomenti sull’oceano marziano!
Autore
Frederic Schmidt, Università Paris-Saclay
