La presenza di faglie è un aspetto diffuso e comune sulla superficie marziana, e fornisce le prove di deformazioni fragili nel corso della storia del pianeta. La loro abbondanza nei terreni di tutte le età è stata interpretata come il risultato della contrazione termica dovuta al raffreddamento secolare e del conseguente restringimento del pianeta. Ma le ultime ricerche portano alla ribalta un Marte ancora interessato da fenomeni vulcanici e di tettonica attiva, in particolare nei dintorni di Elysium Mons, un vulcano di dimensioni enormi per gli standard a cui siamo abituati sulla Terra, dove un sistema di fosse tettoniche, le Cerberus Fossae, mostra evidenti segni di attività vulcanica recente e dove attualmente viene rilasciata la metà dell’energia sismica del pianeta.
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| L'immagine, scattata il 27 gennaio 2018 durante l'orbita 17813 dalla telecamera stereo ad alta risoluzione (HRSC) sul Mars Express dell'ESA, mostra una porzione del sistema Cerberus Fossae nell'Elysium Planitia vicino all'equatore marziano. Si nota bene che queste fratture tagliano i crateri per cui passano e quindi sono più recenti di essi Anche la zona in alto a destra dell'immagine, totalmente priva di crateri, è giovane ma la fossa lo è ancora di più |
CERBERUS FOSSAE: ATTIVITÀ VULCANICA RECENTE SU MARTE. Queste immagini sono state scattate dalla sonda dell’ESA Mars Express il 27 gennaio e mostrano parte del sistema Cerberus Fossae nella regione di Elysium Planitia vicino all’equatore marziano. Uno dei risultati più spettacolari dal punto di vista geologico delle osservazioni di Mars Express è proprio lo studio di questa zona. Come dice il nome le Fossae – termine latino per “fossati” o “trincee” – sono delle fratture; in questo caso si tratta di strutture larghe tra poche decine di metri e oltre un chilometro, che si estendono per più di 1000 chilometri da nord-ovest a sud-est. Si tratta di faglie e la cosa interessante è che lungo il loro percorso queste faglie attraversano crateri da impatto e colline, nonché pianure vulcaniche di età molto recente (10 milioni di anni) e quindi sono state attive in tempi ancora più recenti.
Mars Express è la prima missione europea su Marte: da ben 15 anni il satellite continua la sua indagine globale di grande successo orbitando intorno al pianeta (a parte la tristissima perdita iniziale del lander Beagle 2 che si è schiantato sulla superficie marziana anziché atterrare dolcemente). I suoi strumenti stanno analizzando Marte in modo completo, dalla parte più alta, la ionosfera, fino al suo sottosuolo con il radar. Oltre a varie altre cose ha acquisito oltre 40.000 immagini ad alta risoluzione del pianeta rosso e delle sue due lune, perché fra gli obiettivi principali della missione ci sono l’imaging ad alta risoluzione della sua intera superficie (10 metri/pixel), l'imaging di aree selezionate a altissima risoluzione (2 metri/pixel) e una mappa della composizione minerale della superficie con una risoluzione di 100 metri.
L’area delle Cerberus Fossae era già stata precedentemente identificata come un luogo con attività vulcanica recente su Marte, datata a meno di 10 milioni di anni (Taylor et al 2013), contemporanea alla deposizione di colate di lave basaltiche sulla parte orientale della Elysium Planitia (Berman & Hartmann, 2002).
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| le Cerberus Fossae si trovano vicino al vulcano Elysium a bass altitudine settentrionale |
Il sistema di Cerberus Fossae è costituito da cinque principali strutture dirette NW-SE lunghe tra 250 e 600 km, ma ulteriormente segmentate (i segmenti più piccoli identificabili in superficie sono lunghi 5–10 km)
Le fosse più occidentali sono più mature (cioè con larghezza e estensione maggiori) e i loro segmenti meglio collegati rispetto a quelli delle fosse più orientali. Inoltre, è stato identificato un deposito tufaceo nella parte centrale (Horvath et al 2021), la Cerberus Mantling Unit, per la quale è stata ipotizzata una età di meno di 200.000 anni.
Il sistema di Cerberus Fossae è stato interpretato generalmente in due modi: un sistema di fosse tettoniche oppure un sistema di fessure vulcaniche collassate e allargate. In entrambi i casi potrebbe esserci un collegamento con l'indebolimento della crosta dovuto alla fusione parziale del mantello sotto Elysium Mons (un vulcano alto oltre 14.000 metri posto al di sopra di un grande rigonfiamento superficiale) e quindi ad un sistema di fratture riempite da lave (dicchi) che si estende a partire da lì (Hauber et al 2001)
LA SISMICITÀ DI CERBERUS FOSSAE. E qui viene in sinergia alle osservazioni di Mars Express la sonda della NASA Insight. Questo lander è atterrato a poco più di 1000 km di distanza dal sistema delle Cerberus Fossae il 26 novembre 2018 ed è rimasto operativo fra il dicembre 2018 e il 15 dicembre 2022, quando le tempeste di polvere hanno coperto i pannelli solari impedendone il funzionamento e lasciando la sonda senza corrente (le missioni dei rover durano di più rispetto a quelle dei semplici lander perché i rover nel loro movimento puliscono i pannelli solari, consentendo di continuarne il funzionamento e quindi l’afflusso di corrente alla sonda).
Uno degli strumenti fondamentali di Insight era un sismografo, i cui dati, esaminati da Stahler et al (2022) confermano che nella regione di Cerberus Fossae ci sia ancora attività tettonica: in particolare la sismicità a 15-50 km di profondità suggerisce un regime di stress estensionale situato in un ambiente più caldo delle zone adiacenti. Queste osservazioni forniscono un quadro coerente con la recente attività magmatica e con la presenza di una zona parzialmente fusa a una profondità di 30–50 km: il flusso di calore locale è particolarmente elevato, 36 ± 10 mW m−2 contro valori medi globali marziani che si collocano intorno a 21÷22 ± 7 mW m−2.
La sismicità è asimmetrica: non se ne osserva nella parte occidentale delle Fossae, dove invece la deformazione è maggiore. Il tutto suggerisce un processo dinamico, tramite una apertura rapida che però è diventata per lo più passiva dopo un breve periodo; si tratta di un trend comunemente osservato in situazioni simili sulla Terra: terminata la fase attiva si apre una nuova frattura più ad est. Inoltre non può essere un caso che la sismicità attuale sia correlata all’area di origine dei tufi più recenti. Usando una modellazione della sismicità provocata dalle fratturazioni indotte da dicchi magmatici simili sulla Terra, si ottiene un quadro coerente con la rapida apertura di una fessura avvenuta tra 53 e 210.000 anni fa
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| modello tettonico dei terremoti rilevati da InSight nelle Cerberus Fossae da Strahler et al (2022) |
CERBERUS FOSSAE E LA GEODINAMICA MARZIANA. Stahler et al (2022) confermano che Cerberus Fossae rappresenti su Marte un ambiente tettonico unico modellato dagli attuali processi magmatici e dal flusso di calore localmente elevato. Propongono quindi che la sismicità superficiale rilevata da InSight si inneschi lungo faglie a bassa profondità dovute alla struttura stessa della crosta, che possibilmente costituiscano la continuazione sotterranea dei fianchi delle fosse, anche perché il segnale sismico non è compatibile con fonti quali frane o altri processi distruttivi o impatti meteoritici
A livello globale marziano, la quantità di momento sismico rilasciato nella regione delle Cerberus Fossae è praticamente la metà di quella globale misurata da Insight, suggerendo che la contrazione termica globale e quindi la compressione litosferica non siano il motore dominante della tettonica contemporanea su Marte.
Inoltre la distribuzione e la natura dei martemoti mostrano come il campo di stress globale non possa spiegare l'origine di Cerberus Fossae, che invece si spiega bene con un meccanismo innescato dalla fusione parziale del mantello marziano al di sotto dell'Elysium Mons: questa indebolisce localmente la crosta e consente l'apertura dei graben.
Un flusso di calore così localizzato nell'Elysium Mons ha ulteriori implicazioni, di tipo geodinamico: esiste una fonte di calore dinamica, come un pennacchio simile ai plumes mantellici terresti? Oppure la fusione parziale risulta da una crosta localmente spessa? La prima ipotesi si adatta meglio alla situazione, perché su Marte la crosta più spessa è quella dell'emisfero meridionale, non di quello settentrionale e aumentare lo spessore con i dati attuali di gravimetria implicherebbe automaticamente una bassa densità crostale in quella zona, difficilmente spiegabile.
Inoltre la presenza di una ristretta zona più calda nel mantello e la sismicità rilevata su Marte da InSight si accordano con uno schema in cui nel sistema solare l’attuale tettonica dei pianeti terrestri più grandi, Marte, Venere e la Terra, è dominata da dinamiche interne, invece che da un raffreddamento e un restringimento puramente passivi, come si riscontra sui più piccoli Luna e Mercurio.
BIBLIOGRAFIA
Berman e Hartmann (2002). Recent fluvial, volcanic, and tectonic activity on the Cerberus Plains of Mars. Icarus 159, 1–17
Horvath et al (2021). Evidence for geologically recent explosive volcanism in Elysium Planitia, Mars. Icarus 365, 114499 (2021).
Stahler et al (2022). Tectonics of Cerberus Fossae unveiled by marsquakes. Nature Astronomy, 6 /12, 1376–1386
Taylor et al (2013). Estimates of seismic activity in the Cerberus Fossae region of Mars. J. Geophys. Res. E Planets 118, 2570–2581
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