Alcuni vulcani possono produrre eruzioni così potenti da rilasciare oceani di polvere e gas tossici nell’aria, bloccando la luce solare e modificando il clima di un pianeta per decenni. Studiando la topografia e la composizione minerale di una porzione della regione chiamata “Arabia Terra” nel nord di Marte, gli scienziati hanno recentemente trovato prove di migliaia di tali eruzioni, o “super eruzioni”, che sono le più violente esplosioni vulcaniche conosciute.
Emettendo vapore acqueo, anidride carbonica e anidride solforosa nell’aria, queste esplosioni hanno attraversato la superficie marziana per un periodo di 500 milioni di anni, circa 4 miliardi di anni fa. Gli scienziati hanno riportato questa stima in un articolo pubblicato su Geophysical Research Letters nel luglio 2021.
“Ognuna di queste eruzioni potrebbe avere avuto un impatto climatico significativo, forse il gas rilasciato ha reso l’atmosfera più spessa, o bloccato il Sole, e ha reso l’atmosfera più fredda“, ha affermato Patrick Whelley, geologo del Goddard Space Flight Center della NASA, che ha condotto l’analisi relativa ad Arabia Terra. “I modellisti del clima marziano avranno un bel po’ di lavoro da fare per cercare di comprendere l’impatto dei vulcani“.
Dopo aver fatto esplodere l’equivalente di 400 milioni di piscine olimpioniche di roccia fusa e gas attraverso la superficie e aver diffuso una spessa coltre di cenere fino a migliaia di chilometri dal luogo dell’eruzione, un vulcano di questa grandezza collassa in un gigantesco buco chiamato “caldera“.
Le caldere, che esistono anche sulla Terra, possono essere larghe decine di km. Sette caldere in Arabia Terra sono state le prime dimostrazioni del fatto che la regione potrebbe aver ospitato un tempo vulcani capaci di super eruzioni.
Un tempo ritenuti depressioni lasciate da impatti di asteroidi sulla superficie marziana miliardi di anni fa, gli scienziati hanno proposto per la prima volta in uno studio del 2013 che questi bacini fossero caldere vulcaniche: hanno notato che non erano perfettamente rotondi come crateri, e presentavano alcuni segni di crollo, come la grande profondità del terreno e sporgenze di roccia vicino alle pareti.
“Abbiamo letto quel documento ed eravamo interessati a dagli seguito, ma invece di cercare i vulcani stessi, abbiamo cercato la cenere, perché non puoi nascondere questa prova“, ha detto Whelley.
Whelley e i suoi colleghi hanno avuto l’idea di cercare prove di cenere dopo aver incontrato Alexandra Matiella Novak, una vulcanologa del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory a Laurel, nel Maryland. Matiella Novak stava già utilizzando i dati del Mars Reconnaissance Orbiter della NASA per trovare cenere su Marte, quindi ha collaborato con Whelley e il suo team per cercare specificamente questo indizio in Arabia Terra.
L’analisi del team ha fatto seguito al lavoro di altri scienziati che in precedenza avevano suggerito che i minerali sulla superficie di Arabia Terra potevano essere di origine vulcanica. Un altro gruppo di ricerca, dopo aver appreso che i bacini di Arabia Terra potevano essere caldere, aveva calcolato dove avrebbe potuto depositarsi la cenere di possibili super eruzioni in quella regione: viaggiando sottovento, verso Est, si sarebbe diradata allontanandosi dal centro dei vulcani, oppure in questo caso, da quel che ne resta, le caldere.
“Quindi abbiamo raccolto il testimone a quel punto e abbiamo detto: ‘OK, questi sono minerali associati alla cenere vulcanica alterata, che è già stata documentata, quindi ora esamineremo come vengono distribuiti i minerali per vedere se seguono lo schema che ci aspetteremmo di vedere dalle super eruzioni“, ha affermato Matiella Novak.
Il team ha utilizzato le immagini del Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer di MRO per identificare i minerali sulla superficie. Ispezionando le pareti di canyon e crateri da centinaia a migliaia di km dalle caldere, dove la cenere avrebbe potuto essere stata trasportata dal vento, hanno identificato minerali vulcanici trasformati in argilla dall’acqua, tra cui montmorillonite, imogolite e allofane. Quindi, utilizzando le immagini delle telecamere MRO, il team ha realizzato mappe topografiche tridimensionali di Arabia Terra. Unendo i dati minerali alle mappe topografiche dei canyon e dei crateri analizzati, i ricercatori hanno potuto osservare nei depositi ricchi di minerali che gli strati di cenere erano molto ben conservati: invece di essere confusi dai venti e dall’acqua, la cenere si è stratificata nello stesso modo in cui sarebbe accaduto se fosse stata recente.
“È stato allora che ho capito che questo non era un caso, era un vero segnale“, ha spiegato Jacob Richardson, geologo della NASA (Goddard) che ha lavorato con Whelley e Novak. “Stiamo effettivamente osservando ciò che era stato previsto e quello è stato il momento più emozionante per me“.
Gli stessi scienziati che hanno originariamente identificato le caldere nel 2013 hanno anche calcolato quanto materiale sarebbe esploso dai vulcani, in base al volume di ciascuna caldera. Queste informazioni hanno consentito a Whelley e ai suoi colleghi di calcolare il numero di eruzioni necessarie per produrre lo spessore di cenere che hanno trovato. Si è scoperto che ci sono state migliaia di eruzioni, ha dichiarato Whelley.
Una domanda rimane aperta: come può un pianeta avere un solo tipo di vulcano che caratterizza una regione? Sulla Terra i vulcani capaci di super eruzioni – la più recente risalente a 76mila anni fa a Sumatra, in Indonesia – sono dispersi in tutto il mondo ed esistono nelle stesse aree in cui sono presenti anche altri tipi di vulcani. Anche Marte ha molti altri tipi di vulcani, incluso il più grande vulcano del sistema solare chiamato Olympus Mons. Olympus Mons è 100 volte più grande in volume del vulcano più grande della Terra, Mauna Loa, alle Hawaii, un “vulcano a scudo”. Finora solo in Arabia Terra sono state trovate prove di vulcani esplosivi su Marte.
È possibile che i vulcani super-eruttivi fossero concentrati in determinate regioni della Terra e siano stati erosi fisicamente e chimicamente o spostati in tutto il mondo mentre i continenti si spostavano a causa della tettonica delle placche. Questi tipi di vulcani esplosivi potrebbero esistere anche sulla luna di Giove Io o potrebbero essere raggruppati su Venere. In ogni caso, Richardson spera che Arabia Terra insegni agli scienziati qualcosa di nuovo sui processi geologici che aiutano a modellare i pianeti e le lune.
“Le persone leggeranno il nostro studio e diranno: ‘Come? Come riesce a farlo Marte? Come può un pianeta così piccolo sciogliere abbastanza roccia da alimentare migliaia di super eruzioni in un unico luogo?’,” ha detto. “Spero che queste domande portino a molte altre ricerche“.
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