Marte: svelata la causa dell’abbondanza di metalli nobili

Uno nuovo studio ha proposto una spiegazione per l’insolita abbondanza di metalli nobili sulla superficie di Marte. I ricercatori hanno ipotizzato che un impatto gigante avvenuto miliardi di anni fa abbia causato la vaporizzazione di parte del mantello marziano, favorendo la concentrazione di elementi preziosi come oro, platino e palladio.

Il tardo accrescimento di Marte

I pianeti nascono da un processo complesso che inizia con piccoli granelli di polvere interstellare. Questi granelli si aggregano tra loro, formando corpi più grandi chiamati “planetesimi”. I planetesimi continuano a scontrarsi e ad accrescersi, mentre alcuni vengono espulsi dal Sistema Solare, inghiottiti dal Sole o si combinano per formare pianeti.

I pianeti appena formati continuano ad accumulare materiale in un processo chiamato “accrescimento tardivo”. Questo avviene quando i frammenti rimasti dalla formazione planetaria, come asteroidi e comete, piovono sui pianeti giovani.

Lo scienziato planetario Ramon Brasser del Tokyo Institute of Technology e il geologo Stephen Mojzsis dell’Università del Colorado, Boulder, ha osservato più da vicino un impatto colossale avvenuto durante il tardo accrescimento di Marte che potrebbe spiegare l’insolita quantità di metalli nobili nel mantello di Marte, che è lo strato sotto la crosta del pianeta. Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista Geophysical Research Letters.

Quando i protopianeti accumulano abbastanza materiale e metalli come ferro e nichel iniziano a separarsi e ad affondare per formare il nucleo. Questo spiega perché il nucleo della Terra è composto principalmente da ferro, e si prevede che in esso esistano principalmente anche elementi che si legano facilmente allo stesso.

Esempi di tali elementi, noti come siderofili, sono l’oro, il platino e l’iridio, solo per citarne alcuni. Proprio come su Marte, tuttavia, nel mantello terrestre ci sono più siderofili di quanto ci si aspetterebbe dal processo di formazione del nucleo.

Secondo Brasser, gli esperimenti ad alta pressione suggeriscono che i metalli identificati non dovrebbero essere presenti nel mantello terrestre. Questi metalli, infatti, non tendono a disciogliersi nei silicati e preferiscono precipitare verso il nucleo della Terra. La loro presenza nel mantello rappresenta quindi un enigma geochimico. Come sono arrivati ​​lì?

Impatti giganteschi su Marte e sulla Terra

Brasser ha ipotizzato che questi metalli siano arrivati ​​dopo la formazione del nucleo e del mantello, quando il processo di separazione era ormai concluso. In quel momento, sarebbe stato molto più difficile per i metalli raggiungere il nucleo.

Un articolo del 2016 di Brasser e colleghi ha dimostrato in modo conclusivo che un impatto gigantesco è la migliore spiegazione per l’elevata abbondanza di elementi siderofili sulla Terra.

La quantità di siderofili (elementi che tendono ad associarsi al nucleo), accumulati durante l’accrescimento tardivo di un pianeta, dovrebbe essere proporzionale alla sua “sezione trasversale gravitazionale”.

Questa sezione trasversale non coincide con la superficie del pianeta, ma rappresenta una sorta di “mirino” per un corpo celeste mentre si avvicina al pianeta bersaglio. La sezione trasversale gravitazionale si estende infatti oltre il pianeta stesso, in quanto la gravità del corpo celeste esercita la sua attrazione anche su oggetti che non si trovano in rotta di collisione diretta.

Questo fenomeno è chiamato “focalizzazione gravitazionale” e ha un effetto significativo sulla quantità di materiale che può essere accumulato da un pianeta durante la sua formazione.

L’articolo precedente ha mostrato che la Terra ha più siderofili nel mantello di quanto dovrebbe, anche secondo la teoria della sezione trasversale gravitazionale. Gli scienziati  hanno spiegato quanto avvenuto dimostrando che l’impatto di un corpo di dimensioni lunari sulla Terra (oltre all’evento che ha formato la Luna), avrebbe arricchito il mantello di abbastanza siderofili da spiegare il valore attuale.

Spiegata la crescita di Marte

Lo studio di meteoriti marziani ha rivelato che Marte ha accresciuto la sua massa del 0,8% (percentuale in peso) attraverso un processo di accrescimento tardivo. In un nuovo articolo, Brasser e Mojzsis hanno dimostrato che un evento di impatto singolo, in grado di modificare la massa di Marte di circa lo 0,8% in peso, richiederebbe un corpo celeste di dimensioni immense, con un diametro di almeno 1.200 chilometri.

I ricercatori hanno sostenuto inoltre che un tale impatto si sarebbe verificato 4,5 miliardi di anni fa. Gli studi sui cristalli di zircone negli antichi meteoriti marziani possono essere utilizzati per datare la formazione della crosta marziana a prima di 4,5 miliardi di anni fa. Pertanto, un impatto gigantesco avrebbe dovuto causare una fusione crostale diffusa e un evento così catastrofico deve essersi verificato prima che si trovassero prove della crosta più antica.

Se l’impatto fosse avvenuto già nella storia del pianeta, 4,5 miliardi di anni fa, i siderofili avrebbero dovuto essere eliminati durante la formazione del nucleo. 

Comprendere l’accrescimento tardivo non è importante solo per spiegare l’abbondanza di siderofili, ma anche per porre un limite superiore all’età della biosfera terrestre.

Brasser ha spiegato: “Durante ogni impatto, una piccola parte della crosta terrestre si scioglie localmente. Quando l’accrescimento è molto intenso, quasi tutta la crosta terrestre si fonde. Man mano che l’intensità dell’accrescimento diminuisce, diminuisce anche la quantità di fusione crostale. Sosteniamo che il primo momento in cui si potrebbe formare una biosfera è quando l’accrescimento è sufficientemente basso da far sì che meno del 50% della crosta sia fusa in un dato momento”.

Anche la superficie di Marte presenta un’insolita dicotomia, che potrebbe essere spiegata da un impatto gigantesco. L’emisfero meridionale è un antico terreno craterizzato, mentre l’emisfero settentrionale appare più giovane e liscio ed è stato influenzato da un vasto vulcanismo.

Un impatto gigantesco potrebbe anche aver creato le lune marziane, Deimos e Phobos, anche se una teoria alternativa è che Phobos, altamente poroso, potrebbe essere un asteroide catturato.

Il lavoro è stato finanziato dal programma Exobiology and Evolutionary Biology della NASA e dalla John Templeton Foundation attraverso il programma sulle origini della Foundation for Applied Molecular Evolution (FfAME).