Ecco come l’acqua scorreva su un Marte ghiacciato

Su un freddo e antico Marte, scorrevano fiumi e un lago delle dimensioni del Mar Mediterraneo si gonfiava sotto la protezione di spessi soffitti di ghiaccio, secondo una nuova ricerca.

 

 

Su un freddo e antico Marte, scorrevano fiumi e un lago delle dimensioni del Mar Mediterraneo si gonfiava sotto la protezione di spessi soffitti di ghiaccio, secondo una nuova ricerca pubblicata sul Journal of Geophysical Research: Planets.

L’articolo, guidato dal ricercatore del Planetary Science Institute Peter Buhler, descrive come 3,6 miliardi di anni fa, l’anidride carbonica si congelò fuori dall’atmosfera di Marte e si depositò sopra una calotta di ghiaccio d’acqua ai poli, isolando il calore emanato dall’interno di Marte e aumentando la pressione sul ghiaccio.

Ciò ha causato lo scioglimento e il flusso dell’acqua totale di Marte sulla sua superficie senza la necessità di riscaldamento climatico.

Il lavoro passato di Buhler si è concentrato sulla modellazione del moderno ciclo dell’anidride carbonica su Marte.

Recentemente, ha esteso il suo modello per studiare lo scambio di anidride carbonica con la regolite marziana, o sabbia e rocce. In questo modo, il suo modello incapsula l’intero ciclo dell’anidride carbonica dalla regolite, all’atmosfera, alle calotte polari ghiacciate.

Per questo studio, ha applicato il modello a un’epoca cruciale nella storia di Marte.

“Questo modello descrive le origini delle principali caratteristiche del paesaggio su Marte – come il lago più grande, le valli più grandi e il più grande sistema esker (resti di fiumi che un tempo scorrevano sotto una calotta glaciale) – in modo autoconsistente”, ha detto Buhler. “E si basa solo su un processo che vediamo già oggi, che è solo l’anidride carbonica che collassa dall’atmosfera”.

Gli scienziati sanno dagli anni ’70 che gran parte dell’anidride carbonica di Marte è attualmente legata nella regolite in strati spessi una singola molecola attorno a ciascun grano.

Così, quando Buhler ha incorporato la regolite nel suo modello, ha scoperto che “l’atmosfera è per lo più solo per il viaggio”, ha detto.

“Agisce come un condotto per l’azione reale, che è lo scambio tra la regolite e la calotta polare meridionale, ancora oggi”.

Il ciclo è controllato dal grado di inclinazione rotazionale di Marte, che si sposta lentamente avanti e indietro ogni 100.000 anni marziani.

Quando Marte ruota quasi dritto su e giù, i poli non ricevono molta luce solare diretta, mentre il sole cuoce l’equatore. In queste condizioni, l’anidride carbonica fuoriesce dalla regolite nell’atmosfera.

Quando raggiunge i poli gelidi, si deposita in cima alla calotta di ghiaccio d’acqua.

Al contrario, quando Marte è inclinato drasticamente, il sole riscalda facilmente i poli.

Di conseguenza, il ghiaccio di anidride carbonica sublima – o si trasforma direttamente da ghiaccio solido a gas – nell’atmosfera, dove la regolite più fredda può poi “assorbirlo di nuovo come una spugna”, ha detto Buhler.

Questo modello funziona bene per l’attuale Marte, quindi Buhler ha voluto testare come si sarebbe comportato durante un periodo in cui il pianeta aveva un’atmosfera di anidride carbonica molto più spessa, circa 3,6 miliardi di anni fa.

Questo è il momento in cui gli scienziati pensano che l’atmosfera di Marte abbia iniziato a collassare e che l’attuale ciclo dell’anidride carbonica descritto da Buhler abbia iniziato a funzionare.

Ci sono anche prove che quest’era coincida anche con l’origine di molte reti di valli fluviali, ma gli scienziati non sono ancora d’accordo sulle condizioni climatiche che spiegherebbero la loro formazione.

Nel modello di Buhler, uno strato di anidride carbonica spesso 0,4 miglia si deposita sopra uno strato di ghiaccio d’acqua spesso 2,5 miglia, uno strato di ghiaccio d’acqua spesso circa quanto quello che esiste oggi al polo sud.

Il ghiaccio di anidride carbonica agisce come un potente isolante, intrappolando il calore che si irradia dall’interno caldo del pianeta sottostante. Aggiunge anche peso e pressione sulla parte superiore della calotta di ghiaccio d’acqua.

Insieme, queste condizioni sciolgono enormi quantità di acqua dalla base della calotta glaciale, ha scoperto.

L’acqua di disgelo poi satura la crosta marziana fino ai lati della calotta glaciale. Lì, l’acqua sotterranea cerca di fuoriuscire, ma invece si congela sotto forma di permafrost.

“Ora hai il tappo in cima, una falda freatica satura sotto e il permafrost ai lati”, ha detto Buhler.

“L’unico modo rimasto per l’acqua di passare è attraverso l’interfaccia tra la calotta glaciale e la roccia sottostante. Ecco perché sulla Terra si vedono fiumi uscire da sotto i ghiacciai invece di defluire nel terreno”.

Quest’acqua di disgelo forma fiumi alla base della calotta glaciale. Questi fiumi subglaciali lasciano dietro di sé lunghe creste di ghiaia, chiamate esker.

Gli scienziati hanno osservato molti esker vicino al polo sud, con dimensioni coerenti con i fiumi subglaciali previsti dal modello di Buhler.

“Gli Esker sono la prova che ad un certo punto c’è stato uno scioglimento subglaciale su Marte, e questo è un grande mistero”, ha detto Buhler.

“I ricercatori hanno cercato di scoprire processi che potessero far sì che ciò accadesse, ma nulla ha funzionato davvero. L’ipotesi migliore al momento è che ci sia stato un evento di riscaldamento globale non specificato, ma questa è stata una risposta insoddisfacente per me, perché non sappiamo cosa avrebbe causato quel riscaldamento. Questo modello spiega gli esker senza invocare il riscaldamento climatico”.

Una volta che i fiumi subglaciali raggiungono il bordo della calotta glaciale, incontrano l’atmosfera fredda e inizialmente formano flussi trasudanti, come lava che si muove lentamente coperta da una pelle ghiacciata.

Alla fine, queste melme incrostate di ghiaccio si gonfiano con abbastanza acqua da diventare veri e propri fiumi ricoperti di ghiaccio.

Buhler prevede che il ghiaccio che copre i fiumi dovrebbe raggiungere uno spessore di decine o centinaia di piedi e coprire un fiume profondo pochi piedi con acqua che scorre a pochi metri al secondo, con abbastanza acqua di disgelo per raggiungere lunghezze fino a migliaia di chilometri.

Ci sono diverse valli lunghe e sinuose che scendono dal polo sud, nella regione ricca di esker, nel bacino dell’Argyre, che sono state precedentemente identificate come antichi canali fluviali, in linea con la previsione del suo modello.

L’acqua coperta di ghiaccio riempie poi il bacino dell’Argyre, che è circa il volume del Mar Mediterraneo, nel corso di decine di migliaia di anni prima che straripa e si svuoti a quasi 5.000 miglia di distanza nelle pianure settentrionali, ha detto Buhler.

Il processo è probabilmente avvenuto più volte, a milioni di anni di distanza l’uno dall’altro, durante un’era di cento milioni di anni.

“Questo è il primo modello che produce abbastanza acqua per superare Argyre, in linea con le osservazioni geologiche vecchie di decenni”, ha detto Buhler.

È anche probabile che l’acqua di disgelo, una volta a valle, sia sublimata nell’atmosfera prima di essere restituita alla calotta polare sud, perpetuando un ciclo idrologico polo-equatore che potrebbe aver svolto un ruolo importante nell’enigmatico impulso di Marte all’attività idrologica in fase avanzata. Inoltre, non è necessario un riscaldamento in fase avanzata per spiegarlo”.

Successivamente, Buhler pianifica i test futuri del suo modello. Se i risultati continueranno a reggere, cambieranno radicalmente la nostra comprensione dell’antico ciclo dell’acqua di Marte, ha detto.

 

 

Crediti: Peter Buhler/PSI.