venerdì 27 luglio 2018

Dove è finita l'acqua che ha plasmato la superficie di Marte?


In questi giorni l’Agenzia Spaziale Italiana è alla ribalta della scena scientifica mondiale per la sua nuova, importante, scoperta di acqua liquida sotto la calotta polare del polo sud di Marte. Questa è una ottima occasione per parlare di come mai sia scomparsa l’acqua che ha avuto un grande ruolo nel plasmare la superficie del pianeta rosso miliardi di anni fa.

L'area osservata da Orosei et al (2018)
Mentre si teme la fine della ultradecennale missione del rover Opportunity, che dopo aver  scorrazzato per decine di km sulla impervia superficie del pianeta rosso, è attualmente in crisi per una tempesta di polvere che impedisce alle batterie solari di rifornire di energia il veicolo, l’Agenzia Spaziale Italiana ha annunciato la scoperta di un corpo di acqua liquida sotto i ghiacci del polo sud del Planum Australe. Dopo l’annuncio è arrivato anche il “regolare” articolo su una rivista scientifica importante, in questo caso Science (Orosei et al, 2018). Fino ad oggi c’erano forti sospetti sulla presenza di acqua liquida alla base delle calotte polari marziane (un po' come succede sotto la calotta antartica), ma nessuno fino ad oggi aveva potuto confermare la cosa. 
Faccio notare un particolare importante e cioè che questa fascia di acqua liquida non si trovi all’interno della crosta marziana, ma all’interno della calotta polare meridionale.

PLANUM AUSTRALE: UNA REGIONE SUPERFICIALMENTE NORMALE MA MOLTO PARTICOLARE AL DI SOTTO DELLA SUPERFICIE. L’osservazione è stata compiuta usando strumento montato su Mars Express, uno dei vari satelliti che stanno orbitando intorno a Marte: si tratta di MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding), un radar a bassa frequenza.  Planum Australe mostra delle caratteristiche superficiali banali: topograficamente piatta, ha una superficie formata soprattutto da ghiaccio di acqua contenente tra il 10 e il 20% di polvere, che durante gli inverni australi viene coperta da uno strato di circa 1 metro di ghiaccio secco (ghiaccio di CO2). Ma a questa semplicità superficiale corrisponde profonda più complessa: i profili radar raccolti da MARSIS in una fascia lunga 200 km tra maggio 2012 e dicembre 2015 della regione di Planum Australe hanno evidenziato delle superfici riflettenti sotto la superficie del pianeta all'interno di una zona ben definita di 20 chilometri, centrata a 193°E e 81°S,  circondata da aree molto meno riflettenti, a circa 1,5 km di profondità. Una riflessione forte come questa la produce solo l’interfaccia fra il ghiaccio e l’acqua o il ghiaccio e una zona ad alto contenuto di acqua, come sedimenti saturi in acqua o una salamoia. L'analisi quantitativa dei segnali radar mostra che questo corpo liquido è caratterizzato da un'elevata permittività dielettrica relativa (in parole povere, il materiale si polarizza molto bene), e questo valore non può che essere interpretato come un’area in cui ‘è acqua liquida. 
È quindi dimostrata la presenza di acqua liquida intrappolata sotto il ghiaccio dei depositi stratificati polari meridionali.

Il profilo prodotto da MARSIS da Orosei et al, 2018

CARATTERISTICHE DI QUESTA ACQUA. Anche se essendo in profondità ci sarà una certa pressione, il fatto che sia liquida ad una temperatura di – 70°C ci fa già intuire che non si tratti di acqua come quella che troviamo normalmente nelle falde acquifere terrestri sfruttate a scopi idropotabili, industriali o irrigui: la presenza di perclorati sulla superficie sovrastante è un forte indizio infatti che si tratti di una salamoia salina: notoriamente il sale viene usato per contrastare il ghiaccio in quanto diminuisce la temperatura di fusione dell’acqua. In particolare la presenza di perclorati di magnesio lo abbassa proprio a valori di poco inferiori ai -70°C supposti per questa massa.

Sedimenti lacustri fotografati dal rover Curiosity nel 2014
(credit: NASA)
MARTE E LA SUA ACQUA SUPERFICIALE. Che l’acqua sia stata in un lontano passato il maggiore attore della modellazione della superficie del Pianeta Rosso era cosa nota fin dalla missione del satellite Mariner 9 nel 1971 ed era stato ipotizzato da tanto tempo che Marte ne contenesse al suo interno; però per avere delle conferme ci sono voluti più di 20 anni: la presenza di ghiaccio d’acqua perenne sulla superficie marziana fu sancita definitivamente proprio nel polo sud del pianeta nel 2003 (Titus et al, 2003) e sempre nello stesso anno il radar del satellite Mars Odissey ha evidenziato la presenza di ghiaccio sotto la superficie. Sull’origine dell’acqua marziana il dibattito più o meno è simile a quello sull’acqua terrestre, e il tutto verte sul rapporto fra Deuterio e Idrogeno “normale”. Per alcuni autori l’acqua su Terra e Marte sarebbe quella contenuta nei planetesimi che hanno formato i pianeti di tipo terrestre (Raymond e Inzidoro, 2017) e quella arrivata con le meteoriti condritiche. Di fatto nelle meteoriti marziane cadute sulla Terra, le lave basaltiche che più ricordano il mantello marziano (le shergottiti) mostrano un rapporto Deuterio / Idrogeno simile a quello delle meteoriti condritiche (Usui et al, 2012). 
Questa “stranezza” (un mantello secco e acqua molto diffusa in superficie) fu chiaramente evidenziata già negli anni ‘80 del XX secolo (Carr et al, 1991). Qualche tempo fa parlando con un astronomo in margine ad un caffèscienza ho avuto una piacevole discussione con lui sul rapporto deuterio / idrogeno negli oceani terrestri e nelle comete. A me torna benissimo che l’acqua della superficie terrestre abbia per la stragrande parte una origine cometaria, proprio perché l’idrogeno degli oceani è più “leggero” di quello delle comete: sarebbe esattamente quello che mi aspetto da un’acqua che deriva da un liquido con il rapporto deuterio / idrogeno tipico delle comete che abbia subìto nella sua storia più cicli di discesa i profondità e successiva risalita: nella risalita le molecole di acqua che hanno il deuterio e il trizio, che sono più pesanti, al posto dell’idrogeno, fanno più fatica a risalire rispetto a quelle con l’idrogeno senza neutroni perché appunto sono più pesanti ed è per quello che nelle comete ci sono più deuterio e trizio che negli oceani terrestri. Sulla Terra è stato ipotizzato un valore del rapporto originario fra Deuterio ed Idrogeno nel mantello molto più basso di quello contenuto negli oceani (Hallis et al, 2015) e anche su Marte il rapporto fra Deuterio e Trizio del ghiaccio superficiale è molto diverso da quello del mantello, simile a quello delle meteoriti condritiche (Usui et al, 2017), ed è intermedio fra questo e quello della nota cometa 67P / Churyumov - Gerasimenko (Altwegg et al 2015).
L'evoluzione del rapporto Deuterio - Idrogeno su Marte che dimostra
la differenza fra le acque superficiali e quelle del mantello del pianeta

Il "paradosso del sole debole", da Sagan e Mullen (1972)
DOVE É ANDATA L’ACQUA DELLA SUPERFICIE MARZIANA? Ma la domanda che viene spontanea è perché una volta di acqua sulla superficie marziana ce n’era tanta e perché adesso non ce n’è più, se non un po' di ghiaccio. Detto che nell’atmosfera attuale il ghiaccio sublima e quindi da solido può solo diventare gassoso senza passare dallo stato liquido, uno dei problemi dell’acqua liquida nel passato profondo del Pianeta Rosso è lo stesso che c’è sulla Terra, il paradosso del Sole debole, evidenziato da Sagan e Mullen (1972), ne ho parlato qui: il Sole sta aumentando la potenza della sua radiazione perché nel suo nucleo aumenta la densità a causa della fusione degli atomi di idrogeno che formano atomi di elio. Per cui come evidenzia il grafico fino a circa 1 miliardo e mezzo di anni fa con l’atmosfera attuale la radiazione solare sarebbe stata troppo debole per permettere la presenza di oceani liquidi e la Terra sarebbe stata irrimediabilmente coperta dal ghiaccio. Invece la vita era già presente almeno 3.8 miliardi di anni fa, quando sicuramente esistevano già oceani liquidi. Sulla Terra il problema si risolve soprattutto grazie all’effetto – serra di una atmosfera primordiale che, ci sono molte indicazioni al riguardo, era essenzialmente formata da CO2 (qui ho parlato di come e perché è avvenuta la prima trasformazione dell’atmosfera terrestre) e da una maggiore capacità di assorbire il calore rispetto ad oggi per una maggiore estensione dei mari e per una minore copertura nuvolosa.
Su Marte il problema si risolve soprattutto con una pressione atmosferica molto maggiore, vicina a quella nostra attuale, che permetteva appunto la presenza di acqua liquida anziché la eventuale sublimazione del ghiaccio in vapore. 
Quindi l’acqua marziana sarebbe svanita nello spazio soprattutto a causa del rarefarsi dell’atmosfera perché la gravità marziana è troppo debole per trattenere i gas, specialmente in un’epoca di forte vento solare come è stato 3 miliardi di anni fa.
I gradienti geotermici su Marte
all'epoca degli oceani e adesso
e sulla Terra attuale 
Ma c’è un’altro processo per il quale l’acqua può essere scomparsa dalla superficie ed è proprio quello grazie al quale i radar hanno trovato acqua e ghiaccio in profondità: la fine del calore interno marziano. Come si vede da questo grafico la Terra ha un forte gradiente termico per cui – detta in maniera semplice e schematica – l'acqua che scende in profondità a poco a poco si riscalda, fino a quando dalla fase liquida passa alla fase gassosa e quindi tende a risalire nuovamente verso la superficie.

Marte è proprio l'esempio di un corpo freddo in cui la maggior parte dell'acqua superficiale, cessata la fase in cui il pianeta era sufficientemente caldo per farla risalire, è rimasta  nella crosta. 
Non è quindi un caso che gli strumenti a bordo di satelliti in orbita intorno al Pianeta rosso abbiano rilevato ingenti quantitativi di acqua all'interno del pianeta.  
Un indizio importante sul fatto che il raffreddamento sia alla base della scomparsa dell’acqua dalla superficie marziana è portato da una considerazione interessante: le linee di costa visibili attualmente non sono allo stesso livello. Questo può voler dire due cose: o non c’erano dei vasti oceani ma una serie di laghi di dimensioni anche importanti ma scollegati fra loro (Malin et al, 1999), oppure le differenze sono dovute a deformazioni posteriori alla formazione delle linee di costa. Queste variazioni nella topografia del litorale possono essere spiegate dalla deformazione causata dalla messa in posto di Tharsis, la grande regione vulcanica equatoriale dove troviamo fra gli altri l’enorme Olympus mons, la cui formazione per Citron et al (2018) è avvenuta quando gli oceani esistevano di già. Questa circostanza, che ribalta studi precedenti in cui la formazione di Tharsis è precedente agli oceani, implica che gli oceani su Marte si sono formati prima del previsto e indica un rapporto diretto fra declino del vulcanismo marziano e dei corpi d’acqua superficiali: in questa visione è proprio la diminuzione del gradiente termico ad aver provocato un forte disequilibrio fra l’acqua che penetrava all’interno del pianeta e quella che grazie al calore endogeno, ritornava in superficie.
  
Altwegg et al (2015) 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio Science, 347, Issue 6220, 1261952
Carr et al (1991) Water on Mars Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference, volume 22, page 181,
Citron et al (2018) Timing of oceans on Mars from shoreline deformation Nature, 555, 643-646
Hallis et al (2015) Evidence for primordial water in Earth’s deep mantle Science 350,795-797
Malin & Edgett (1999) Oceans or seas in the Martian northern lowlands: high resolution imaging tests of proposed coastlines. Geophys. Res. Lett. 26, 3049–3052 
Michalski et al 2018 The Martian subsurface as a potential window into the origin of life Nature Geoscience doi: 10.1038/s41561-017-0015-2 
Orosei et al (2018) Radar evidence of subglacial liquid water on Mars Science 10.1126/science.aar7268 
Raymond and  Izidoro (2017) Origin of water in the inner Solar System: Planetesimals scattered inward during Jupiter and Saturn’s rapid gas accretion Icarus 297, 134–148 
Sagan e Mullen (1972) Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures. Science 177, 52-56
Titus et al (2003) Exposed Water Ice Discovered near the South Pole of Mars Science 299, 1048-1051
Usui et al (2012) Origin of water and mantle–crust interactions on Mars inferred from hydrogen isotopes and volatile element abundances of olivine-hosted melt inclusions of primitive shergottites Earth and Planetary Science Letters 357-358 (2012) 119-129
Usui et al (2017) Hydrogen Isotopic Constraints on the Evolution of Surface and Subsurface Water on Mars NASA technical report JSC-CN-38706

8 commenti:

Filippo Russo ha detto...

Buonasera.
Sono Filippo da Catania. Da molti giorni, nella mia zona, è in corso uno sciame sismico che sta catalizzando una discreta attenzione. All'inizio si pensava che questa serie di terremoti fosse da collegare ad una probabile eruzione del Monte Etna, ma più recentemente mi è stato detto che potrebbe trattarsi di una faglia locale che starebbe accumulando una quantità notevole di energia. Si parla addirittura di una sequenza calabro-sicula. Sono abbastanza preoccupato perché Catania è esposta ad un forte rischio sismico (oltre che vulcanico) e moltissimi edifici sono francamente inadatti a sopportare una > 6.0 Mw. Spero che non succeda nulla di disastroso, soprattutto in settembre ed in ottobre, ossia quando vi saranno degli inquietanti allineamenti planetari. Non so quanto sia vera quella notizia che circolava su Facebook secondo cui un albergatore avrebbe previsto molti terremoti attraverso una cosiddetta "teoria gravitazionale". Quali sono i segnali precursori di un terremoto?

Un saluto da Filippo.

Aldo Piombino ha detto...

buongiorno.
Gli sciami sismici intorno all'Etna sono "ordinaria amministrazione". Se fossero colegati all'Etna il vulcano dovrebbe mostrare un aumento dell'attività e mi pare che sia così.
Però potrebbe essere una coincidenza semplicemente a livello statistico.
Quanto al futuro, siamo in una zona notoriamente interessata da forti eventi sismici ma bisogna precisare che la presenza di uno sciame sismico NON aumenta, ma neanche diminuisce, le probabilità dell'accadimento di un terremoto importante.

Purtroppo anche a me risulta che la situazione del patrimonio edilizio dell'area non sia "estremamente soddisfacente" dal pounto di vista dell'antisismica e questo è un oproblema veramente grave. Quindi chi non abita in un edificio sicuro si dovrebbe preoccupare, e questo A PRESCINDERE dall'attività in corso. L'attività in corso dovrebbe comunque soprattutto servire a ricordare i rischi.

Quanto alla "sequenza calabro - sicula": si tratta di una emerita idiozia, come la "teoria gravitazionale", che è una delle cazzate più indecenti tirate fuori negli ultimi anni. Tutte cose da non seguire e, anxzi, da sconsigliare a tutti di seguire

Saluti

Filippo Russo ha detto...

Anche la mia stessa abitazione non è agibile (ma comunque è regolare, cioè non è abusiva). È fatta di tufo per 3/4. L'altro quarto è cemento impoverito. La casa è abbastanza datata, credo che risalga agli anni '60. Qui crolla tutto se arriva una scossa > 6.0 magnitudo. Guardi, io sono dell'opinione che lo Stato sia il principale colpevole di molti decessi dovuti ai terremoti. Io sono andato mille volte in municipio, gli ho detto espressamente: "La casa è inagibile e pericolante, io sono disposto ad andare via, ma lo Stato DEVE assegnarmi una casa nuova e di qualità migliore. In alternativa, datemi un tot. di soldi (es. 40.000€), così da poter acquistare finalmente una residenza antisismica." Ma al municipio se ne fregano, si lavano le mani, fanno come Ponzio Pilato... mentre la povera gente deve morire sotto le macerie. La Regione Siciliana dice che non possiede i fondi sufficienti, ma poi si viene a conoscenza che non mancano mai i soldi per il progetto del Ponte sullo Stretto, il MUOS (pericoloso per la salute), i vitalizi, i forestali che per interesse appiccano gli incendi, ecc.

Aldo Piombino ha detto...

il MUOS non è assolutamente pericoloso per la salute. Evitiamo per favore di propagandare questa balla.
Per il resto: chiaramente se è stato permesso di costruire male se la legge c'era il colpevole è chi non ha vigilato.
Se la legge non c'era ancora ... l'irresponsabilità è stata tanta perchè a chiunque nel passato ha rotto le scatole essere inserito in zoan sismica: le autorità si opponevano...
leggendaria (ma vera) la storia della lapide rinvenuta nelle macerie di un comune in cui si ringraziava il sindaco che qualche decennio prima era riuscito a togliere quel comune dalle zone sismiche...

Il drammatico è che il caso singolo di Filippo è da sommare alle decine di migliaia di casi analoghi. La domanda quindi è cosa fare...

Comunque è forse possibile come hanno fatto in Mugello rendere antisismica quella costruzione... io sentirei un ingegnere competente in materia...

Filippo Russo ha detto...

La ristrutturazione della casa costerebbe una valanga di euro, mi costerebbe più dell'acquisto di una casa nuova. Insomma, non ne vale la pena. Purtroppo c'è il business dei terremoti, un vero e proprio giro di soldi, imprenditori edilizi che se la ridono perché sanno che c'è molto da guadagnare con la costruzione di edifici tanto nuovi quanto brutti. Ne è un esempio il Belice: le avete viste le "new town"? Fanno piangere dalla tristezza! No, signori, non dobbiamo subire la speculazione edilizia a favore dei soliti noti. La Sicilia appartiene a noi siciliani, e non ai mafiosi, ai politicanti, ai costruttori edilizi e ai militari americani. Ci sono tante persone povere che, non potendo acquistare il calcestruzzo, ricorrono al tufo. Bisogna avere un minimo di sensibilità e di compassione, evitando di attaccarsi ad altezzosi ed inutili tecnicismi del mestiere. Per il MUOS, fa malissimo. Informatevi sul blog di Gianni Lannes. Tante persone improvvisamente ammalate, bambini che muoiono prematuramente, radioattività anomala, il meteo che cambia di colpo, ecc.
Lo Stato mi dia una mano staccando un assegno di 40.000€ cosicché sia per me possibile l'acquisto di una casa moderna, rurale ed antisismica. Ma invece lo Stato preferisce spendere i miliardi per le grandi opere dannose come la TAV Torino-Lione, l'ILVA di Taranto e l'oleodotto dall'Azerbaigian. Alla faccia del "rispetto per l'ambiente e la salute umana"!

BEATRICE ha detto...

Ogni teoria scientifica deve avere il supporto della matematica e la verifica sperimentale. Ma la teoria dell'evoluzione non ha nessuna delle due. Il metodo scientifico sperimentale presuppone che ogni fenomeno naturale, per essere vero, debba essere riprodotto in laboratorio. Sta di fatto che nessuna specie animale di transizione è stata riprodotta. Hanno solo creato ibridi all'interno della stessa famiglia. Ad esempio, incroci tra leoni e tigri. Oppure diversi incroci tra cani. Impossibile, invece, ottenere incroci tra specie diverse. Ancora non si è capito dove sta il confine tra una specie ed un'altra. Ma sta di fatto che nessuna specie può trasformarsi in un altra. La teoria dell'evoluzione è un atto di fanatismo. Tanto è vero che si pretende di avere prove sperimentali dalla biologia molecolare e dalla genetica. Inoltre, il principio di falsificabilità di Karl Popper, che si applica alle cose non verificabili con il metodo sperimentale, sembra dare un brutto colpo alla teoria dell'evoluzione. Karl Popper sosteneva che se troviamo dei conigli nel Cambriano, salta tutta la teoria dell'evoluzione. In un certo senso, più andiamo indietro nel tempo nella storia della vita sulla Terra, se è vera la teoria dell'evoluzione, dovremmo avere organismi sempre più semplici. Invece vediamo che già i primi microrganismi erano già complessi. In altre parole, le apparizioni della Madonna sono verissime perché Ella è apparsa a Fatima ed a Lourdes. Una veggente mi ha detto che la Vergine Maria è schierata contro la bestemmia darwiniana.

Aldo Piombino ha detto...

Caeo Filippo, data l'ora e la stanchezzaMi limito per adesso a dire due cose:
1. Non metto bocca sulla questione politica rispetto al MUOS ma su quella scientifica si: su questa pagina non voglio cazzate come quella che spara Lannes... Il MUOS potrà avere tutte le controindicazioni politiche che ti pare ma per favore evitiamo di parlare di problemi alla salute

2.figuriamoci.. La fonte ė il blog di Gianni Lannes? Ma per favore...ė una fogna anti scientifica da non leggere assolutamente.
Quello che dice ė completamento falso praticamente in tutto... dalle scie chimiche a complotti vari.

Aldo Piombino ha detto...

Beatrice, per favore... piantiamola in un sito scentifico di parlare di madonne e compagnia...

non hai la minima idea delle cose di cui parli
Per esempio:
1. quella del coniglo nel precambriano non è di Popper, ma di Haldane..
2. Popper era evoluzionista...
3. i primi microorganismi erano complessi? meno certamente dei primi "animalia" e, nell'ordine: Chordata, Pesci, Anfibi, rettili e mammiferi (ma anche di molluschi cefalopodi o artropodi...)Poi se ammetti che esistevano "primi animali" ammetti l'evoluzione
4. se non c'è un conctto di specie è prprio perchè c'è l'evoluzione