Sebbene le immagini della NASA abbiano mostrato prove di antichi fiumi e laghi su Marte che si sono trasformati in dune aride, permangono incertezze sulla tempistica dei cambiamenti ambientali che potrebbero aver contribuito a queste trasformazioni. Ora, i dati raccolti dal rover Curiosity della NASA hanno rivelato che i singoli cristalli di ematite, un ossido di ferro, possono essere utilizzati come marcatori mineralogici dei cambiamenti climatici nell’antico Marte. Poiché la forma e la struttura di questi cristalliti riflettono le condizioni, come la temperatura e la presenza di acqua, in cui si sono formati, possono servire come indicatori di quando si sono verificati questi cambiamenti.
Lo studio
Gli scienziati hanno studiato 20 campioni raccolti da Curiosity a diverse altitudini all’interno del cratere Gale per uno studio pubblicato sulla rivista Science. Le pareti del cratere Gale rivelano la storia ambientale di Marte strato dopo strato, con le altitudini più profonde che testimoniano i suoi primi anni.
Il team ha analizzato i dati dello strumento CheMin (Chemistry and Minerology) del rover e ha scoperto che l’ematite presentava dimensioni dei cristalliti diverse a diverse altitudini. Hanno inoltre scoperto che la goethite, un minerale che si forma tipicamente insieme all’ematite, era assente nei campioni provenienti da quote inferiori, ma ancora presente in quelli provenienti da quote superiori. Ciò suggerisce che l’acqua sotterranea calda potrebbe essere rimasta per un periodo fino a 4,7 milioni di anni negli strati più profondi del cratere Gale e che, per gran parte di questo tempo, queste falde acquifere longeve avrebbero potuto essere potenzialmente abitabili.
“Abbiamo scoperto che condizioni calde e umide erano presenti per lunghi periodi nelle rocce sepolte, nonostante il clima di Marte si stesse raffreddando“, ha affermato Tanya Peretyazhko, co-prima autrice dello studio e scienziata planetaria presso la divisione Astromaterials Research and Exploration Science del Johnson Space Center della NASA a Houston. “Ciò significa che, in profondità in quelle rocce, quelle condizioni più calde avrebbero potuto creare condizioni abitabili per periodi di tempo molto più lunghi, a condizione che fossero presenti altri fattori essenziali”.
Gli ossidi di ferro sono considerati indicatori di attività idrica perché si formano in sua presenza. Questo studio dimostra che l’ematite può essere un indicatore dei cambiamenti climatici, in base alle dimensioni e alla struttura dei suoi cristalliti, che variano a seconda della temperatura. Gli scienziati hanno scoperto che i cristalliti di ematite provenienti dalle zone più elevate del cratere Gale avevano dimensioni inferiori a 10 nanometri, mentre quelli provenienti da zone più basse erano generalmente più grandi, raggiungendo fino a 65 nanometri. Questi risultati sono in linea con le osservazioni secondo cui i campioni provenienti da zone più elevate contenevano sia ematite che goethite, mentre i campioni provenienti da zone più basse erano privi di goethite.
Hanno concluso che, in condizioni più calde, quando il pH dell’acqua è neutro o leggermente alcalino, la goethite può trasformarsi in ematite. Queste condizioni più calde favoriscono anche un aumento delle dimensioni dei cristalliti di ematite negli strati più profondi del cratere Gale, attraverso un processo noto come maturazione di Ostwald, in cui i cristalliti più piccoli si dissolvono e contribuiscono alla crescita di quelli più grandi.
“Questo ci dice che gli strati superiori erano più freddi e non contenevano abbastanza acqua, oppure che la presenza di acqua era relativamente breve, quindi i cristalliti non hanno avuto tempo e condizioni sufficienti per crescere”, ha affermato Peretyazhko. “Ma gli strati inferiori avevano acqua calda presente da tempo, che ha permesso a quei cristalliti di crescere”.
L’importanza dello strumento CheMin
Un aspetto peculiare di questo studio è che i dati provengono da campioni marziani, piuttosto che da modelli teorici. Il braccio robotico di Curiosity ha consegnato campioni di roccia polverizzata all’imbuto di ingresso di CheMin, dove sono stati analizzati.
“Grazie ai modelli di diffrazione a raggi X di CheMin, possiamo osservare le dimensioni dei cristalli di ematite, informazioni che non possono essere ricavate dall’analisi satellitare della superficie marziana”, ha affermato Tom Bristow, responsabile scientifico dello strumento CheMin presso il NASA Ames Research Center nella Silicon Valley, in California.
Ashwin Vasavada, scienziato responsabile del progetto Curiosity presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nella California meridionale, ha affermato che CheMin è in grado di effettuare misurazioni con una precisione scientifica straordinaria. “Non si limita a indicare la presenza di ematite“, ha spiegato Vasavada. “È possibile utilizzare i dati per ricavare le dimensioni e la forma dei cristalliti di ematite e la presenza di altri minerali correlati, tutti elementi necessari per ottenere questo risultato”.