Marte: la formazione del gigantesco canyon di Valles Marineris

Valles Marineris su Marte è il canyon più grande del Sistema Solare, molte volte più lungo, più largo e più profondo del Grand Canyon. Cosa ha sfregiato così il Pianeta Rosso?

2
498
Marte: la formazione del gigantesco canyon di Valles Marineris

Una delle più grandi meraviglie geologiche della Terra è indiscutibilmente il Grand Canyon. Scolpito dal fiume Colorado nel corso di milioni di anni  collegando insieme diversi segmenti di canyon più antichi, l’intera estensione di questa gigantesca valle dai fianchi ripidi è davvero notevole e impressionante.

Con una lunghezza di 446 chilometri, il Gran Canyon è largo fino a 29 chilometri e profondo fino a 1,857 chilometri. L’avanzata, il ritiro e lo scioglimento dei ghiacciai, combinati con il rilascio di enormi quantità di acqua, hanno messo in luce un’ampia varietà di rocce formatesi nel corso della storia geologica della Terra, comprese formazioni risalenti a 2 miliardi di anni fa.

Eppure, l’intera estensione del Grand Canyon della Terra impallidisce in confronto al canyon più grande di tutto il Sistema Solare: Valles Marineris su Marte.

Marte, un pianeta molto più piccolo della Terra con un passato geologico molto diverso, potrebbe non sembrare il candidato ideale per una struttura così gigantesca, eppure non solo c’è, ma è probabilmente stato creato in un modo molto diverso rispetto al Grand Canyon sulla terra.

Potrebbero essere state molte cose a formare Valles Marineris su Marte e in realtà è stato probabilmente formato da molti processi combinati. Ma la lezione più grande di tutte sulla sua formazione potrebbe non venire affatto dal Grand Canyon terrestre, ma da una caratteristica molto diversa. Ecco la storia più probabile che siamo riusciti a mettere insieme.



Il Mars Rover della NASA esplora i vasti e intriganti paesaggi di Marte, incluso il maestoso Grand Canyon.
Questa mappa topografica colorata di Marte, realizzata con i dati MOLA (Mars Orbital Laser Altimetry), mostra una differenza di oltre 20 chilometri tra i tratti più profondi, come nei canali di deflusso della Valles Marineris che conducono negli abissi dell’emisfero settentrionale e le vette più alte delle cime delle montagne nella regione di Tharsis su Marte. – Crediti : NASA/JPL-Caltech/Arizona State University

Marte: la formazione di Valles Marineris

Quella che vedi, sopra, è una mappa topografica di Marte. Sebbene ci siano molte caratteristiche degne di nota, ce ne sono alcune importanti che sono rilevanti quando si tratta di discutere del canyon più grande di tutti, Valles Marineris, che appare appena a sud dell’equatore marziano e appena leggermente a est di quello che è noto come il Canyon di Tharsis su Marte: la regione ad alta quota (in rosso) che ospita molte delle più grandi montagne vulcaniche di tutto il Sistema Solare, incluso l’Olympus Mons, che è l’unica montagna ricoperta di bianco all’estremità occidentale del rigonfiamento di Tharsis. Su entrambi i lati della regione di Tharsis ci sono regioni “blu scuro”, che corrispondono a regioni a bassa quota che probabilmente un tempo ospitavano gli antichi oceani marziani.

Marte oggi è un mondo freddo, secco e desertico, dove l’acqua liquida non può persistere sulla sua superficie a causa della pressione atmosferica estremamente bassa – solo 1/140 di quella terrestre sulla superficie marziana – ma in passato Marte era molto diverso.

Sebbene abbiamo ancora un’enorme incertezza su molti aspetti del passato del nostro Sistema Solare, ora sappiamo abbastanza per ricostruire una storia di Marte molto interessante e ricca di dettagli da molte linee di prova. Sebbene gran parte di ciò che segue sia una storia speculativa, questa è attualmente la migliore idea che abbiamo di come Marte sia diventato quello che è oggi e, in particolare, di come il “canyon più grande” di tutto il Sistema Solare si sia formato.

disco protoplanetario
Anche se ora crediamo di comprendere come si sono formati il ​​Sole e il nostro Sistema Solare, questa prima visione del nostro passato, stadio protoplanetario, è solo un esempio. Mentre molti protopianeti esistevano nelle prime fasi della formazione del nostro sistema molto tempo fa, oggi sopravvivono solo otto pianeti. La maggior parte di essi possiede lune e ci sono anche piccoli corpi rocciosi, metallici e ghiacciati distribuiti in varie cinture e nuvole nel Sistema Solare. – Credito : JHUAPL/SwRI

In principio il Sistema Solare prese forma da una nebulosa pre-solare e da un disco protoplanetario che la circondava. Al centro di questa nebulosa c’era una protostella che sarebbe cresciuta fino a diventare il nostro Sole, mentre il disco sviluppava instabilità al suo interno. Nel corso del tempo, nel nucleo della protostella si è accesa la fusione nucleare, trasformandola in una stella a tutti gli effetti: il nostro Sole.

Le instabilità all’interno del disco protoplanetario, probabilmente nell’arco di pochi milioni di anni, iniziarono a formare quelli che sarebbero diventati i nuclei di molti protopianeti e, infine, di pianeti a tutti gli effetti. Siamo relativamente certi che inizialmente esistessero più di otto mondi di questo tipo e che quelli extra furono espulsi, scagliati contro il Sole o entrarono in collisione con altri corpi in eventi che crearono pianeti di massa maggiore e che diedero origine alle lune.

La più nota di queste prime collisioni planetarie fu quella tra la giovane Terra e un mondo ormai defunto che abbiamo chiamato Theia – con conseguente sollevamento di detriti che si sarebbero condensati a formare la nostra Luna. Nei lontani confini della fascia di Kuiper, un mondo si scontrò con Plutone, dando origine a Caronte e alle altre quattro lune più piccole che orbitano ancora attorno a Plutone. È possibile che si siano verificate collisioni su Venere e Urano, forse provocando le loro insolite inclinazioni assiali.

Anche su Marte si verificò una gigantesca collisione, che portò alla formazione non solo delle sue due lune, Phobos e Deimos, ma anche di una terza luna, più grande e più interna: una luna transitoria e distrutta non molto tempo dopo la sua formazione.

impatto transitorio della luna su Marte
Invece delle sole due lune marziane che vediamo oggi, Phobos e Deimos, una collisione seguita da un disco circumplanetario potrebbe aver dato origine a tre lune di Marte, di cui oggi ne sopravvivono solo due. L’idea è che la luna un tempo più interna di Marte sia stata distrutta e ricaduta su Marte molto tempo fa. Questa ipotetica luna transitoria di Marte, proposta in un articolo del 2016, è ora l’idea principale nella formazione delle lune di Marte e aiuta a spiegare le enormi differenze nella topografia tra gli emisferi settentrionale e meridionale di Marte. – Credito : LabEx UnivEarthS | Università di Parigi Diderot

Quella Luna, molto probabilmente, fu distrutta inzialmente dalle forze gravitazionali di marea esercitate dal pianeta genitore, Marte, distendendosi in un anello di detriti. A differenza della moderna atmosfera marziana, il primo Marte possedeva un’atmosfera planetaria più spessa, più simile a quella della giovane Terra, probabilmente aumentata dai gas volatili emessi dalla stessa continua attività vulcanica che persiste anche oggi su Marte. Quei detriti ad anello provenienti dalla sua luna più grande iniziarono quindi a interagire con l’atmosfera marziana e le forze di trascinamento alla fine riportarono l’intero anello – il valore di una luna intera – su Marte, dove colpì la superficie e alterò il paesaggio del pianeta. L’emisfero settentrionale di Marte, forse a causa di questi processi, si trova ad un’altitudine significativamente inferiore rispetto all’emisfero meridionale.

Proprio come la Terra primordiale aveva abbondanti quantità di acqua sulla sua superficie, è molto probabile che fosse così anche per il primo Marte. Mentre la combinazione delle dimensioni e della massa della Terra, del suo nucleo attivo, della sua attività vulcanica e degli effetti lubrificanti dell’acqua superficiale contribuiscono tutti alla tettonica a placche terrestre, la tettonica su Marte funzionava in modo molto diverso, anche in queste fasi iniziali. Essendo un pianeta molto più piccolo, Marte si è raffreddato molto più rapidamente della Terra, mentre l’attività vulcanica ha creato il rigonfiamento di Tharsis. Questa combinazione di impatti, riscaldamento esterno, attività vulcanica interna e raffreddamento planetario probabilmente creò le condizioni che portarono a un evento importante: la formazione di una zona di faglia trascorrente su Marte.

Una mappa che mostra la posizione del conflitto israelo-palestinese in Medio Oriente.
Il Rift del Mar Morto, noto anche come Trasformazione del Mar Morto, è un rift che si verifica tra la placca africana a ovest e la placca araba a est. Le frecce gialle indicano il movimento attuale della placca araba rispetto alla placca africana ad una velocità espressa in millimetri all’anno. – Credito : Mikenorton/Wikimedia Commons

Qui sulla Terra abbiamo familiarità con una struttura tettonica molto simile: il Rift del Mar Morto, che in realtà è un sistema di faglie che corre per circa 1000 chilometri tra due placche adiacenti: la placca africana a ovest e la placca araba a est. Nel corso del tempo, le due placche si sono spostate l’una rispetto all’altra di oltre 100 chilometri, e hanno sperimentato questo movimento relativo solo in tempi geologicamente recenti: non più degli ultimi 50 milioni di anni circa. Le zone di rift si verificano regolarmente su tutto un pianeta attivo con tettonica a placche e rappresentano uno “separazione” di due porzioni della litosfera. Il Lago Baikal, il lago più profondo, più grande e più antico della Terra, si è formato a causa di questo tipo di fenomeno di rifting.

Per molto tempo – tutto il XX secolo e più del primo decennio del XXI – le spiegazioni per la formazione della Valles Marineris sono state approssimative, basandosi su idee come:

  • erosione da acqua,
  • scioglimento del permafrost nelle regioni ricche di ghiacciai,
  • il ritiro improvviso del magma del sottosuolo,
  • o frattura tensionale che ha causato la spaccatura della roccia solida.

Ma nel 2012, uno studio scientifico ha cambiato tutto: utilizzando i dati rilevati su Marte dallo spazio, lo scienziato dell’UCLA An Yin (morto nel 2023 all’età relativamente giovane di 64 anni) ha determinato che le caratteristiche su un lato di questa valle, comprese le caratteristiche lasciati dagli impatti di antichi crateri che ancora sopravvivono, furono spostati da strutture corrispondenti sul lato opposto della valle per un raggio di 150-160 chilometri.

 Un diagramma che mostra la posizione di un rover su Marte che esplora il Grand Canyon.
Un antico bacino da impatto su Marte, delineato da un cerchio nero, è stato spostato a causa del movimento relativo dei lati superiore e inferiore della Valles Marineris. Questo spostamento di 150-160 km, identificato per la prima volta nel 2012 da An Yin, è una delle prove più evidenti sull’origine della Valles Marineris e sulla storia geologica antica di Marte. – Credito : NASA/MOLA, Mariaafrolen/Wikimedia commons

Quel comportamento di spaccatura lungo una linea di faglia è stato il primo passo nella creazione di Valles Marineris, ma è solo l’inizio della storia. Dato che Marte ha posseduto acqua liquida per gran parte della sua storia – forse per i primi 1,5 miliardi di anni di esistenza – si ritiene generalmente che l’erosione e il collasso delle pareti del rift abbiano poi allargato ed espanso la lunga e stretta valle che inizialmente si era spaccata in due. (Esiste una possibile analogia con il Rift dell’Africa orientale qui sulla Terra).

Oltre alle forze dell’erosione, si sono verificate anche frane, forse collegate alle condizioni acquose del passato su Marte ma anche successivamente, anche molto tempo dopo che il pianeta aveva perso l’ultima parte della sua acqua liquida superficiale. Ciò fornisce una possibile spiegazione del perché, quando esaminiamo le pareti su entrambi i lati della Valles Marineris, vediamo che sembrano mostrare prove di un enorme numero di depositi sul fondo di questo canyon.

Le frane potrebbero anche aver contribuito ad espandere ulteriormente la larghezza del canyon (a scapito della sua profondità, suggerendo che un tempo potrebbe essere stato ancora più profondo di quanto lo sia oggi), cosa che potrebbe essere stata ulteriormente esacerbata sia dai martemoti che da successivi eventi tardivi. La formazione del relativamente recente cratere Oudemans, ad esempio, potrebbe aver innescato una delle frane avvenute all’interno della Valles Marineris molto tempo dopo la sua formazione iniziale.

Un'immagine di un cratere su Marte, che enfatizza la meraviglia naturale simile al Grand Canyon di Marte.
Il cratere da impatto Oudemans, mostrato qui con la sua posizione sovrapposta al bacino più alto della Valles Marineris nell’immagine nel riquadro, potrebbe essere stato uno dei pochi crateri da impatto principalmente responsabili di frane tardive che hanno contribuito ad ampliare e riempire le profondità più profonde. del più grande canyon del Sistema Solare. – Credito : NASA, Chmee2/Wikimedia Commons

Tuttavia, c’è un’enorme differenza tra la tettonica di Marte e quella della Terra, il che è estremamente importante per capire perché la Valles Marineris è persistita così a lungo ed è diventata così grande, mentre praticamente tutte le Rift Valley sulla Terra, così come anche la nostra più grande fossa tettonica hanno meno di 100 milioni di anni. Qui sulla Terra, la litosfera del nostro pianeta – la crosta e il mantello superiore – è frammentata in molte grandi placche, che “galleggiano” sopra l’astenosfera (il mantello inferiore). Quando queste placche si scontrano, si distanziano, scivolano l’una sull’altra e generalmente si muovono, nel nostro mondo si formano caratteristiche come montagne, vulcani e fratture.

Su Marte, tuttavia, ci sono prove che, anche se possiede una tettonica, la nozione di molte placche separate, mobili e di grandi dimensioni è incongruente con la storia geologica complessiva del pianeta. Le tre più grandi caratteristiche geologiche su Marte sono le seguenti.

  1. Le sue pianure settentrionali, compresi gli indicatori che la crosta dell’emisfero settentrionale di Marte è molto sottile ed è stata riemersa (dalla lava) relativamente di recente rispetto al più antico emisfero meridionale.
  2. I suoi altopiani meridionali, la cui superficie è più antica delle pianure settentrionali e contengono i crateri da impatto più antichi e antichi trovati su Marte.
  3. E il rigonfiamento di Tharsis: gli altopiani equatoriali che contengono l’Olympus Mons e diverse altre grandi montagne: tra le più grandi del Sistema Solare.

Quando mettiamo insieme tutte queste informazioni, possiamo raccontare una storia – forse una storia passata di Marte, probabile ma non dimostrata – che spiega la formazione della Valles Marineris.

Un grande impatto di un asteroide miliardi di anni fa potrebbe aver creato le lune di Marte, inclusa una più interna e più grande che oggi non esiste più! (Credito: Medialab, ESA 2001)
Un grande impatto di un asteroide miliardi di anni fa potrebbe aver creato le lune di Marte, inclusa una più interna e più grande che oggi non esiste più. Anche se questa non è una spiegazione probabile, di per sé, per la formazione della regione di Tharsis e della Valles Marineris, potrebbe essere la principale responsabile della dicotomia emisfero nord/sud che gioca un ruolo evolutivo importante nella storia geologica del pianeta rosso. – Credito : Medialab, ESA 2001

Prima si verificò il gigantesco impatto che creò le lune di Marte, e poi la luna più grande e più interna ricadde su Marte. È plausibile, ma non necessariamente certo, che ciò abbia creato la dicotomia tra l’emisfero settentrionale e quello meridionale. Quindi, una combinazione di attività vulcanica e “galleggiamento” della crosta ispessita sopra il mantello – noto come sollevamento isostatico – si è verificata su quella che sarebbe diventata la regione di Tharsis su Marte.

Tuttavia, poiché la litosfera di Marte non era mobile, il che significa che i “punti caldi” vulcanici non si muovevano rispetto alle caratteristiche superficiali del pianeta, iniziarono a formarsi delle depressioni e la crosta cominciò ad espandersi in quella regione, allargando il rigonfiamento di Tharsis e la regione simile ad un altopiano su cui insisteva. Ciò potrebbe aver causato l’inizio dello spostamento del rigonfiamento di Tharsis rispetto ai punti caldi vulcanici sotto di esso, e potrebbe essere arrivato al punto di spostare l’intera crosta marziana e/o la litosfera rispetto a quei punti caldi vulcanici.

Poiché la stabilità della crosta sopra il mantello dipende dall’essere in quello che è noto come equilibrio isostatico, come una barca che galleggia sull’oceano, lo spostamento della posizione della crosta rispetto al mantello sottostante provoca instabilità. E, con così tanta massa da trasportare, le regioni deboli inizieranno a fratturarsi.

Mappa del Grand Canyon di Marte della NASA.
Questa mappa di Marte codificata a colori evidenzia l’enorme cicatrice, o canyon, conosciuta come Valles Marineris. Con una profondità massima di circa 7 chilometri, non esiste una singola struttura nel Sistema Solare che abbia una lunghezza, larghezza e profondità combinate più estreme della Valles Marineris. Inizialmente, una frattura nella crosta, probabilmente indotta dalle sollecitazioni derivanti dalla regione sollevata di Tharsis, diede origine ai primi, più importanti passi nella formazione di questa Rift Valley. – Credito : NASA World Wind – Marte (strato di elevazione ombreggiato MOLA)

Una di queste fratture – forse la più grande frattura mai vista in qualsiasi luogo del Sistema Solare, comprese quelle indotte dal raffreddamento che si formarono su Mercurio – si estendeva per circa 4.000 chilometri attraverso la superficie di Marte, creando la spaccatura iniziale che avrebbe portano all’odierna Valles Marineris. Le nuove posizioni dei punti caldi vulcanici porterebbero ai principali vulcani marziani che sono emersi oggi, tra cui Olympus Mons, Alba Mons e i tre Tharsis Montes, che sono ancora attivamente in crescita anche al momento.

Ulteriori attività vulcaniche e tettoniche portarono all’ulteriore spaccatura della Valles Marineris, compreso lo “spostamento” di 150-160 chilometri identificato tra le porzioni settentrionale e meridionale da An Yin. Finché l’acqua scorreva su Marte, la Valles Marineris probabilmente forniva il canale principale attraverso il quale ghiacci, nevi e altre forme d’acqua fluivano verso est in un oceano, creando una rete di canali di deflusso che sono ancora visibili in epoca moderna.

Infine, anche dopo che Marte divenne un pianeta arido e sterile – dopo che la sua dinamo centrale morì, dopo che la sua atmosfera fu strappata via e dopo che l’acqua liquida divenne impossibile sulla sua superficie – ulteriori frane, probabilmente guidate da terremoti, attività tettonica e/o successive frane impatti, provocarono frane che allargarono ulteriormente il canyon più grande di tutti, a scapito del riempimento delle sue profondità, rendendolo meno profondo di quanto non fosse in precedenza.

Una vista mozzafiato di Marte dallo spazio, che mette in mostra i maestosi paesaggi che ricordano il Grand Canyon di Marte.
Una vista mozzafiato di Marte dallo spazio, che mette in mostra i maestosi paesaggi di Marte. – Credito : NASA/USGS

Bisogna rendersi conto di quanto sia straordinariamente grande la Valles Marineris per apprezzarla appieno. Da un capo all’altro è lunga circa 4.000 chilometri, il che gli conferisce un’estensione simile a quella degli Stati Uniti continentali o del continente australiano. Nel suo punto più largo, misura circa 200 chilometri dal bordo più alto al bordo più basso sul lato opposto della valle: più di sei volte la larghezza massima del Grand Canyon sulla Terra. Inoltre, nonostante il fatto che le frane abbiano riempito le profondità più profonde di questa valle nel corso di miliardi di anni, è ancora profonda circa 7 chilometri.

È ancora più impressionante se si considera che Marte stesso è un pianeta molto più piccolo della Terra; con una circonferenza marziana di “soli” 21.000 chilometri (circa la metà di quella della Terra), Valles Marineris copre circa il 20% dell’intera estensione fisica del pianeta. Con una massa inferiore a quella della Terra, Marte ha una forza di gravità sulla sua superficie molto più piccola rispetto al nostro pianeta, consentendo alle montagne di arrivare più in alto e alle valli di formarsi più in profondità di quanto possano formarsi stabilmente sulla Terra. Non è una sorpresa che Marte abbia montagne più grandi e valli più profonde della Terra, ma l’intera estensione del canyon più grande di tutti, Valles Marineris, non manca mai di impressionare!

2