Le osservazioni orbitali hanno svelato la presenza di un enorme pennacchio di mantello che spinge verso l’alto la superficie di Marte e guida un’intensa attività vulcanica e sismica.
Sulla Terra, le placche tettoniche in movimento rimescolano la superficie del pianeta e creano un interno dinamico. A causa dell’assenza di tali processi su Marte, molti studiosi lo hanno considerato a lungo un pianeta morto, dove in superficie non è successo molto negli ultimi 3 miliardi di anni.
I ricercatori dell’Università dell’Arizona ora sfidano le attuali opinioni sull’evoluzione geodinamica marziana con un rapporto sulla scoperta di un pennacchio di mantello attivo che spinge la superficie verso l’alto e provoca terremoti ed eruzioni vulcaniche. La scoperta, che è stata pubblicata nell’attuale numero della rivista Nature Astronomy, suggerisce che la superficie ingannevolmente tranquilla del pianeta potrebbe nascondere un interno più tumultuoso di quanto si pensasse in precedenza.
Rappresentazione artistica di un pennacchio di mantello attivo – una grande massa di roccia calda e galleggiante – che sale dalle profondità di Marte e spinge verso l’alto Elysium Planitia, una pianura all’interno delle pianure settentrionali del pianeta. Credito: Adrien Broquet e Audrey Lasbordes
I pennacchi del mantello sono grandi macchie di roccia calda e galleggiante che si alzano dal profondo di un pianeta e spingono attraverso il suo strato intermedio – il mantello – per raggiungere la base della sua crosta, causando terremoti, faglie ed eruzioni vulcaniche. La catena di isole Hawaii, ad esempio, si è formata mentre la placca del Pacifico si spostava lentamente su un pennacchio di mantello.
“Abbiamo una forte evidenza che pennacchi del mantello siano attivi sulla Terra e su Venere, ma non si riteneva valido per un mondo piccolo e apparentemente freddo come Marte“, ha detto Andrews-Hanna. “Marte era più attivo da 3 a 4 miliardi di anni fa, e l’opinione prevalente è che il pianeta oggi sia essenzialmente morto“.
“Un’enorme quantità di attività vulcanica all’inizio della storia del pianeta ha costruito i vulcani più alti del sistema solare e ha ricoperto la maggior parte dell’emisfero settentrionale di depositi vulcanici“, ha detto Broquet. “Quella poca attività che si è verificata nella storia recente è tipicamente attribuita a processi passivi su un pianeta in raffreddamento“.
I ricercatori sono stati attratti da una quantità sorprendente di attività in una regione altrimenti anonima di Marte chiamata Elysium Planitia, una pianura all’interno delle pianure settentrionali di Marte vicino all’equatore. A differenza di altre regioni vulcaniche su Marte, che non hanno visto una grande attività per miliardi di anni, Elysium Planitia ha certamente sperimentato grandi eruzioni negli ultimi 200 milioni di anni.
“Il lavoro precedente del nostro gruppo ha trovato prove in Elysium Planitia per la più giovane eruzione vulcanica conosciuta su Marte“, ha detto Andrews-Hanna. “Quell’evento generò una piccola esplosione di cenere vulcanica circa 53.000 anni fa, che su scala geologica è essenzialmente ieri“.
Questa immagine ripresa dall’orbiter Mars Express dell’Agenzia spaziale europea mostra una vista obliqua incentrata su una delle fratture che compongono il sistema Cerberus Fossae. Le fratture tagliano colline e crateri, indicando la loro relativa giovinezza. Credito: SA/DLR/FU Berlino, CC BY-SA 3.0 IGO
Il vulcanismo a Elysium Planitia ha origine dal Cerberus Fossae, un insieme di giovani fessure che si estendono per oltre 1500 chilometri attraverso la superficie marziana. Recentemente, il team InSight della NASA ha scoperto che quasi tutti i terremoti marziani, o marsquakes, provengono da questa regione. Sebbene questa giovane attività vulcanica e tettonica fosse già stata documentata, la causa sottostante rimaneva sconosciuta.
Sulla Terra, il vulcanismo e i terremoti tendono ad essere associati ai pennacchi del mantello o alla tettonica a placche, il ciclo globale dei continenti alla deriva che ricicla continuamente la crosta.
“Sappiamo che Marte non ha una tettonica a placche, quindi abbiamo studiato se l’attività che vediamo nella regione di Cerberus Fossae potrebbe essere il risultato di un pennacchio di mantello“, ha detto Broquet.
Pennacchi del mantello, che possono essere visti come analoghi a bolle calde di cera che si alzano nelle lampade di lava. Il materiale caldo del pennacchio spinge contro la superficie, sollevando e allungando la crosta. La roccia fusa dal pennacchio poi erutta come basalti alluvionali che creano vaste pianure vulcaniche.
Quando il team ha studiato le caratteristiche di Elysium Planitia, ha trovato prove della stessa sequenza di eventi su Marte. La superficie in questa regione è stata sollevata di oltre un chilometro e mezzo, rendendola una delle regioni più alte delle vaste pianure settentrionali di Marte. Le analisi delle sottili variazioni nel campo gravitazionale hanno indicato che questo sollevamento è supportato dal profondo del pianeta, coerentemente con la presenza di un pennacchio di mantello.
Altre misurazioni hanno mostrato che il fondo dei crateri da impatto è inclinato nella direzione del pennacchio, supportando ulteriormente l’idea che qualcosa abbia spinto la superficie verso l’alto dopo la formazione dei crateri. Infine, quando i ricercatori hanno applicato un modello tettonico all’area, hanno scoperto che la presenza di un pennacchio gigante, largo 6.500 chilometri, era l’unico modo per spiegare l’estensione responsabile della formazione del Cerberus Fossae.
“In termini di ciò che ti aspetti di vedere con un pennacchio di mantello attivo, Elysium Planitia ha tutte le carte in regola“, ha detto Broquet, aggiungendo che la scoperta rappresenta una sfida per i modelli utilizzati dagli scienziati planetari per studiare l’evoluzione termica dei pianeti. “Questo pennacchio di mantello ha colpito un’area di Marte più o meno equivalente a quella degli Stati Uniti continentali. Gli studi futuri dovranno trovare un modo per spiegare un pennacchio di mantello molto grande che non ci si aspettava”.
“Pensavamo che InSight fosse atterrato in una delle regioni geologicamente più noiose di Marte, una bella superficie piatta che dovrebbe essere approssimativamente rappresentativa delle pianure del pianeta“, ha aggiunto Broquet. “Invece, il nostro studio dimostra che InSight è atterrato proprio sopra un pennacchio attivo“.
La presenza di un pennacchio attivo influenzerà le interpretazioni dei dati sismici registrati da InSight, che ora deve tenere conto del fatto che questa regione è tutt’altro che normale per Marte.
“Avere un pennacchio di mantello attivo su Marte oggi è un cambio di paradigma per la nostra comprensione dell’evoluzione geologica del pianeta“, ha detto Broquet, “simile a quando le analisi delle misurazioni sismiche registrate durante l’era Apollo hanno dimostrato che il nucleo della luna è ancora fuso“.
Queste scoperte potrebbero anche avere implicazioni per la vita su Marte, affermano gli autori. La regione studiata ha sperimentato inondazioni di acqua liquida nel suo recente passato geologico, anche se la causa è rimasta un mistero. Lo stesso calore del pennacchio che sta alimentando l’attività vulcanica e sismica in corso potrebbe sciogliere il ghiaccio per provocare le inondazioni e provocare reazioni chimiche che potrebbero sostenere la vita nel sottosuolo.
“I microbi sulla Terra prosperano in ambienti come questo, e questo potrebbe essere vero anche su Marte“, ha detto Andrews-Hanna, aggiungendo che la scoperta va oltre la spiegazione dell’enigmatica attività sismica e della ripresa dell’attività vulcanica. “Sapere che esiste un pennacchio di mantello gigante attivo sotto la superficie marziana solleva importanti domande su come il pianeta si è evoluto nel tempo. Siamo convinti che il futuro abbia in serbo altre sorprese”.
Riferimento: “Geophysical evidence for an active mantle plume underneath Elysium Planitia on Mars” di A. Broquet e JC Andrews-Hanna, 5 dicembre 2022, Nature Astronomy .
DOI: 10.1038/s41550-022-01836-3
