L'atmosfera su Marte potrebbe essersi formata in un modo che contraddice le teorie attuali, affermano i ricercatori dell'Università della California, Davis, negli Stati Uniti. Il team è giunto a questa conclusione grazie a una nuova analisi del meteorite Chassigny, caduto sulla Terra nel nord-est della Francia nel 1815 e che si ritiene rappresenti l’interno marziano.
Le attuali teorie sulla formazione dei pianeti suggeriscono che i pianeti rocciosi come la Terra e Marte abbiano acquisito elementi chimici volatili come idrogeno, carbonio, ossigeno, azoto e gas nobili come il cripton dalla nebulosa che circonda la loro stella madre durante le prime fasi della loro formazione.
Inizialmente, questi elementi si dissolsero (tecnicamente si “ingassarono”) nel mantello dei pianeti, che a quel punto esisteva come un oceano di roccia fusa, o magma, in superficie. Successivamente, quando l’oceano di magma si cristallizzò, l’oceano “degassò” queste sostanze volatili derivate dalla nebulosa solare riportandole nell’atmosfera, dove si dissiparono gradualmente nello spazio. Infine, in una fase ancora successiva, meteoriti chiamati condriti rilasciarono ulteriori materiali volatili schiantandosi sui giovani pianeti.
“Si prevede quindi che l’interno dei pianeti sia composto principalmente da sostanze volatili solari, o da una miscela di sostanze volatili solari e condriti. Le sostanze volatili presenti nell’atmosfera, invece, proverrebbero principalmente dai meteoriti», spiega il responsabile del gruppo di studio Sandrine Peron.
L'interno marziano contiene condrite krypton
Tale previsione, tuttavia, non è coerente con i risultati del team, che si basano sulle misurazioni degli isotopi di krypton nei campioni del meteorite Chassigny. Poiché il rapporto degli isotopi del krypton nel krypton di origine della nebulosa solare e nel krypton di origine della condrite è diverso, l’analisi dei rapporti isotopici ha permesso ai ricercatori di determinare come Chassigny – e, per estensione, l’interno di Marte – abbia ottenuto il suo krypton.
"Il nostro studio mostra che l'interno marziano contiene condrite krypton, che contrasta con la composizione atmosferica [simile al krypton solare]", dice Péron Fisica World. “Lo scenario attuale quindi non regge più”.
Misurazioni precise degli isotopi
Prima di poter eseguire le misurazioni, i ricercatori hanno dovuto eliminare una terza fonte di krypton. Chassigny ha trascorso 11 milioni di anni viaggiando nello spazio prima di cadere sulla Terra: un periodo piuttosto lungo, dice Péron. Durante questo periodo, è stato esposto alla radiazione cosmica, che può generare krypton e altri gas nobili da altri elementi tramite reazioni di spallazione.
Per rimuovere il cosiddetto krypton "cosmogenico" dal loro campione, i ricercatori hanno riscaldato il meteorite in più fasi da circa 200 a 1500 °C. Questa tecnica di riscaldamento graduale funziona perché il krypton cosmogenico e marziano vengono rilasciati a temperature diverse.
Un'altra parte importante della procedura analitica è stata quella di separare il kripton dagli altri gas nobili presenti nel meteorite. I ricercatori lo hanno fatto analizzando i gas nobili uno dopo l'altro utilizzando la spettrometria di massa. "Poiché vogliamo evitare problemi di interferenza, abbiamo bisogno di una fase di kripton quasi pura (senza argon e xeno) nello spettrometro di massa", spiega Péron. "Per ottenere una separazione netta del kripton dall'argon e dallo xeno, abbiamo sviluppato un nuovo protocollo di separazione presso l'UC Davis che prevede una nuova trappola criogenica."
Questo protocollo, combinato con il riscaldamento graduale, ha consentito al team di ottenere misurazioni isotopiche precise del kripton del meteorite Chassigny, afferma Péron.
I meteoriti hanno fornito elementi volatili molto prima
Il fatto che gli isotopi di krypton in Chassigny corrispondano a quelli trovati nei meteoriti di condrite, piuttosto che nella nebulosa solare, implica che le condriti trasportavano elementi volatili sul neonato Marte molto prima di quanto si pensasse in precedenza, mentre la nebulosa solare era ancora presente. "I volatili solari nell'atmosfera non possono avere origine dal degassamento del mantello come precedentemente ipotizzato, ma sono stati probabilmente catturati dalla nebulosa solare prima che la nebulosa si dissipasse (circa 10 milioni dopo la nascita del sistema solare) e dopo che la maggior parte di Marte si era accumulata", Péron dice. “Ciò ribalta il pensiero attuale.
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"Un aspetto impegnativo è come trattenere questi volatili solari nell'atmosfera, poiché avrebbero dovuto andare perduti a causa delle radiazioni emanate dal Sole primordiale", continua. "Uno scenario possibile è che Marte fosse freddo dopo l'accrescimento e che parte dei gas solari siano rimasti intrappolati nel sottosuolo o nelle calotte polari."
I ricercatori sperano che il loro lavoro possa motivare ulteriori studi su come si formano le atmosfere planetarie, e in particolare l’atmosfera marziana. Da parte loro, intendono caratterizzare meglio la composizione del mantello marziano per determinare se è eterogeneo. “Un altro aspetto è comprendere meglio dove ha avuto origine l’atmosfera marziana e come si è evoluta, tenendo conto dei vincoli del nostro studio”, afferma Péron. “Ciò comporterà la determinazione delle condizioni che consentono al kripton solare e allo xeno di essere trattenuti sulla superficie del pianeta”.
La ricerca è dettagliata in Scienze.
