Risolto un mistero del polo sud di Marte che ha enormi implicazioni per l’atmosfera

L’anidride carbonica costituisce oltre il 95 percento dell’atmosfera di Marte, che ha una pressione superficiale solo dello 0,6 percento di quella della Terra.

Un team di Caltech ha studiato una caratteristica misteriosa nel polo sud di Marte: un enorme deposito di ghiaccio di CO2 e ghiaccio d’acqua in strati alternati, come gli strati di una torta, che si estendono fino a una profondità di un chilometro, con un leggero strato di CO2 ghiacciato in cima.

Il deposito a strati contiene la stessa quantità di CO2 presente nell’intera atmosfera marziana oggi, confermando la previsione di una teoria sviluppata da due scienziati del Caltech che ha enormi implicazioni per il cambiamento climatico su Marte: la pressione atmosferica del Pianeta Rosso oscillerebbe di valore mentre il pianeta oscilla sul suo asse durante la sua orbita attorno al Sole, esponendo i poli a più o meno luce solare.

Nel 1966, il fisico del Caltech Robert B. Leighton e il planetologo Bruce C. Murray, rimuginavano sulle implicazioni dell’atmosfera marziana di biossido di carbonio (CO2) rivelata dal Mariner IV, una sonda della NASA costruito e pilotato dal JPL. I due ricercatori hanno teorizzato che Marte, con tale atmosfera, potrebbe avere un deposito polare stabile a lungo termine di ghiaccio CO2 che, a sua volta, controllerebbe la pressione atmosferica globale.

Ora un nuovo studio di Caltech suggerisce che la teoria sviluppata da Leighton e Murray, potrebbe essere corretta.

La luce solare diretta sul ghiaccio di CO2 depositato ai poli porta alla sua sublimazione (la transizione diretta di un materiale da uno stato solido a uno gassoso). Leighton e Murray hanno predetto che, man mano che l’esposizione alla luce solare cambia, la pressione atmosferica potrebbe oscillare da solo un quarto di quella dell’atmosfera marziana di oggi a due volte quella di oggi con cicli di decine di migliaia di anni.

Ora, un nuovo modello di Peter Buhler , Ph.D. del JPL, fornisce prove chiave a sostegno di ciò. Il modello è stato descritto in un articolo pubblicato sulla rivista Nature Astronomy il 23 dicembre.

In teoria, la stratificazione del massiccio deposito di CO2 e ghiaccio d’acqua non dovrebbe essere possibile perché il ghiaccio d’acqua è più termicamente stabile e più scuro del ghiaccio CO2; Il ghiaccio diCO2, secondo gli scienziati, si destabilizzerebbe rapidamente se fosse sepolto sotto il ghiaccio d’acqua. Tuttavia, il nuovo modello di Buhler e colleghi mostra che il deposito avrebbe potuto evolversi a causa della combinazione di tre fattori: 1) la mutevole obliquità (o inclinazione) della rotazione del pianeta, 2) la differenza nel modo in cui l’acqua ghiacciata e Il ghiaccio CO2 riflette la luce solare e 3) l’aumento della pressione atmosferica che si verifica quando il ghiaccio CO2 sublima.

“Di solito, quando esegui un modello, non ti aspetti che i risultati corrispondano così da vicino a ciò che osservi. Ma lo spessore degli strati, come determinato dal modello, si abbina magnificamente con le misurazioni radar provenienti da satelliti in orbita“, afferma Buhler.

Ecco come si è formato il deposito, suggeriscono i ricercatori: mentre Marte oscillava sul suo asse di rotazione negli ultimi 510.000 anni, il polo sud ha ricevuto varie quantità di luce solare, permettendo al ghiaccio CO2 di formarsi quando i poli stavano ricevendo meno luce solare e sublimando quando i poli erano più soleggiati. Quando si formò il ghiaccio CO2, piccole quantità di ghiaccio d’acqua furono intrappolate insieme al ghiaccio CO2. Quando la CO2 è stata sublimata, il ghiaccio d’acqua più stabile è stato lasciato indietro e si è consolidato in strati.

Ma gli strati d’acqua non sigillano completamente il deposito. Invece, la CO2 che sublima aumenta la pressione atmosferica di Marte e la torta a strati con ghiaccio di CO2 si evolve in equilibrio con l’atmosfera. Quando la luce solare inizia a calare di nuovo, un nuovo strato di ghiaccio CO2 si forma sopra lo strato d’acqua e il ciclo si ripete.

Poiché gli episodi di sublimazione sono generalmente diminuiti di intensità, un po’ di ghiaccio di CO2 è stato lasciato indietro tra gli strati d’acqua, provocando quindi l’alternanza di CO2 e ghiaccio d’acqua. Lo strato di CO2 più profondo (e quindi il più antico) si è formato 510.000 anni fa dopo l’ultimo periodo di estrema luce solare polare, quando tutta la CO2 si è dispersa nell’atmosfera.

“La nostra determinazione della storia delle grandi oscillazioni di pressione di Marte è fondamentale per comprendere l’evoluzione del clima di Marte, compresa la storia della stabilità dell’acqua liquida e dell’abitabilità vicino alla superficie di Marte“, afferma Buhler.

Lo studio si intitola “Coevoluzione dell’atmosfera di Marte e il massiccio deposito di ghiaccio di CO al polo sud della CO2“. Questa ricerca è stata finanziata dalla NASA.

Fonte: PB Buhler et al. Coevoluzione dell’atmosfera di Marte e del massiccio deposito di ghiaccio polare sud della CO2, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038 / s41550-019-0976-8