La struttura superficiale di Marte al sito di atterraggio della missione InSight: svelata la geologia della regione vulcanica Elysium Planitia

La missione InSight della NASA consente di mappare il sottosuolo superficiale della regione vulcanica Elysium Planitia su Marte, utilizzando dati sismici

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Marte è stato l’obiettivo di un gran numero di missioni di scienza planetaria che hanno coinvolto flyby, orbiter, lander e rover che si sono concentrati sul telerilevamento superficiale e atmosferico, nonché sulla geochimica e mineralogia di superficie. La missione InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) della NASA è la prima a mirare specificamente al sottosuolo utilizzando metodi sismici, dispiegando un sismometro a banda molto larga (SEIS). SEIS opera continuamente con l’obiettivo primario di rilevare i terremoti al fine di quantificare la sismicità marziana e dedurre la struttura interna di Marte a tutte le scale. I primi risultati dell’analisi dei dati SEIS forniscono nuove informazioni sulla struttura interna su larga scala, sulle proprietà fisiche e sull’attività tettonica di Marte. Finora gli studi sismici del sottosuolo poco profondo intorno al sito di atterraggio di InSight sono stati limitati ai 10-20 metri superiori, utilizzando misurazioni del tempo di percorrenza sismico e stime di conformità del suolo, lasciando inesplorate le strutture da poche decine a diverse centinaia di metri di profondità”, si legge in uno studio pubblicato sulla rivista Nature.

Le osservazioni orbitali e di superficie possono far luce sulla struttura interna di Marte. La missione InSight della NASA consente di mappare il sottosuolo superficiale di Elysium Planitia utilizzando dati sismici”, riporta lo studio, in cui è stata applicata “una tecnica sismologica classica di inversione delle curve di ellitticità delle onde di Rayleigh estratte dalle vibrazioni sismiche ambientali per risolvere, per la prima volta su Marte, il sottosuolo poco profondo a circa 200 metri di profondità”. “Mentre il nostro modello di velocità sismica è in gran parte coerente con il sottosuolo stratificato previsto, costituito da un sottile strato di regolite sopra pile di colate laviche, troviamo una zona sismica a bassa velocità a circa 30-75 metri di profondità che interpretiamo come uno strato sedimentario inserito da qualche parte all’interno dei sottostanti vecchi strati di basalto esperiano e amazzoniano”, scrivono i ricercatori. L’Esperiano è il secondo periodo che ha caratterizzato la storia geologica di Marte e va dai 3,7 a 3 miliardi di anni fa. L’Amazzoniano è l’ultimo dei tre periodi geologici del Pianeta Rosso, estendendosi da circa 3 miliardi di anni fa ad oggi.

Sotto il lander, si stima che la sommità del substrato roccioso basaltico sia inferiore a 3 metri di profondità. La mappatura geologica rivela bocche vulcaniche e fronti di flusso che riempiono parzialmente grandi crateri, spettri minerali mafici e la presenza di creste corrugate, che sono state interpretate come pieghe di propagazione della faglia in materiali stratificati debolmente legati ma forti, come i flussi di basalto”, si legge nello studio. Vicino al lander, è stato stimato che “i flussi di basalto amazzoniano ed esperiano hanno uno spessore di 160-180 metri. Questi basalti sono coerenti con le alte velocità sismiche sotto la superficie oltre circa 175 metri e le stime dello spessore da crateri parzialmente riempiti. Al di sotto dei basalti, sono state documentate rocce sedimentarie stratificate contenenti fillosilicato nelle vette centrali di grandi crateri da impatto. Questi depositi sedimentari fisicamente deboli sono probabilmente di età noachiana e sono probabilmente responsabili delle velocità sismiche più basse al di sotto dei basalti esperiani a 175 metri di profondità”, si legge nello studio.

Questo “potrebbe spiegare facilmente le basse velocità sismiche nei pochi metri più alti (regolite sabbiosa, frammentata da impatto), le velocità sismiche più elevate tra 25 e 175 metri (forti flussi di basalto stratificato) e le velocità sismiche inferiori al di sotto di 175 metri ( depositi sedimentari). L’esistenza della zona a bassa velocità compresa tra circa 30 e 75 metri di profondità richiede ulteriori spiegazioni. La parte superiore di questa zona a bassa velocità è meno ben risolta e si trova ad una profondità compresa tra 25 e 40 metri, mentre il fondo, situato tra 75 e 90 metri di profondità, è una caratteristica robusta generalmente presente attraverso l’intero insieme di soluzioni e anche diverse impostazioni di inversione. L’età dei flussi di basalto sotto il lander è stata stimata dalla distribuzione dimensione-frequenza dei crateri e dalle funzioni di produzione dei crateri. Per i crateri con diametro superiore a 2 km, i numeri dei crateri indicano un’età esperiana precoce (~3,6 miliardi di anni fa). Tuttavia, per i crateri con diametro 200-700 metri, la distribuzione dei crateri suggerisce un’età amazzoniana (~ 1,7 miliardi di anni fa), indicando un riemergere più giovane. Di conseguenza, ci sono ~2 miliardi di anni tra la deposizione dei basalti esperiani e i più giovani basalti amazzonici riaffioranti. A sud del lander InSight, ci sono unità di transizione da noachiano a esperiano che indicano l’erosione attiva e la deposizione di materiali sedimentari vicino al confine dicotomico degli altopiani noachiani meridionali e delle pianure settentrionali. A est, le unità di transizione esperiane amazzoniane includono la Formazione Medusae Fossae, che è più antica dei basalti amazzoniani. A sud, alcune delle unità di transizione amazzoniana-esperiana sono depositi sedimentari di almeno 10-30 metri di spessore e l’attività alluvionale si è verificata più a sud nel cratere Gale durante l’intervallo tra la deposizione di basalti esperiani e amazzonici sotto InSight. Di conseguenza, è ragionevole che la zona a bassa velocità compresa tra 30 e 75 metri di profondità possa essere uno strato di depositi sedimentari racchiusi tra i basalti esperiani e amazzoniani o da qualche parte all’interno dei basalti amazzoniani”, scrivono i ricercatori.