Un cristallo marziano è la più antica prova della presenza di acqua sul Pianeta Rosso

Un meteorite proveniente da Marte porta le prove della presenza di acqua in un cristallo formatosi 4,45 miliardi di anni fa. Dunque anche il Pianeta Rosso, come la Terra, poco dopo la sua formazione aveva un ingrediente necessario per l’abitabilità
di Aaron J. Cavosie/The Conversation
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L’acqua è onnipresente sulla Terra: circa il 70 per cento della superficie terrestre è coperta da questa sostanza. L’acqua è presente nell’aria, sulla superficie e all’interno delle rocce. Le prove geologiche indicano che l’acqua è stabile sulla Terra da circa 4,3 miliardi di anni fa.

La storia dell’acqua sui primi anni di Marte è meno certa. Determinare quando l’acqua è comparsa per la prima volta, dove e per quanto tempo, sono tutte domande scottanti che guidano l’esplorazione di Marte. Se un tempo Marte era abitabile, era necessaria una certa quantità di acqua.

Abbiamo studiato il minerale zircone in un meteorite proveniente da Marte e abbiamo trovato prove della presenza di acqua quando il cristallo di zircone si è formato 4,45 miliardi di anni fa. I nostri risultati, pubblicati sulla rivista “Science Advances”, potrebbero rappresentare la più antica prova della presenza di acqua su Marte.

Un Pianeta Rosso umido
Da tempo si riconosce che l’acqua ha svolto un ruolo importante nella prima storia marziana. Per collocare i nostri risultati in un contesto più ampio, consideriamo innanzitutto che cosa si intende per “primi anni di Marte” in termini di tempi geologici marziani, e poi consideriamo i diversi modi per cercare l’acqua su Marte.

Come la Terra, Marte si è formato circa 4,5 miliardi di anni fa. La storia di Marte ha quattro periodi geologici. Si tratta dell’Amazzonico (da oggi a 3 miliardi di anni fa), dell’Esperiano (da 3 a 3,7 miliardi di anni fa), del Noachiano (da 3,7 a 4,1 miliardi di anni fa) e del Pre-Noachiano (da 4,1 a circa 4,5 miliardi di anni fa).

La prova della presenza di acqua su Marte è stata segnalata per la prima volta negli anni settanta, quando la sonda Mariner 9 della NASA ha catturato immagini di valli fluviali sulla superficie marziana. Le missioni orbitali successive, tra cui Mars Global Surveyor e Mars Express, hanno rilevato la presenza diffusa di minerali argillosi idrati sulla superficie. Questi avrebbero avuto bisogno di acqua.

Le valli fluviali marziane e i minerali argillosi si trovano principalmente nei terreni noachiani, che coprono circa il 45 per cento di Marte. Inoltre, gli orbiter hanno trovato anche grandi canali alluvionali – chiamati canali di deflusso – nei terreni esperiani. Questi suggeriscono la presenza di acqua in superficie per un breve periodo, forse per il rilascio di acque sotterranee.

La maggior parte delle segnalazioni di acqua su Marte riguarda materiali o terreni più vecchi di tre miliardi di anni. Più recentemente, non ci sono molte prove di acqua liquida stabile su Marte.

Ma che dire del periodo pre-Noachiano? Quando è comparsa per la prima volta l’acqua su Marte?

Una finestra sul Marte pre-Noachiano
Ci sono tre modi per cercare l’acqua su Marte. Il primo consiste nell’usare le osservazioni della superficie effettuate dai veicoli spaziali in orbita. Il secondo consiste nell’usare le osservazioni a terra, come quelle effettuate dai rover marziani.

Il terzo modo è studiare i meteoriti marziani arrivati sulla Terra, come abbiamo fatto noi.

In effetti, l’unico materiale pre-Noachiano che abbiamo a disposizione per studiarlo direttamente si trova nei meteoriti provenienti da Marte. Un piccolo numero di tutti i meteoriti arrivati sulla Terra proviene dal nostro vicino pianeta.

Un sottoinsieme ancora più piccolo di questi meteoriti, che si ritiene siano stati espulsi da Marte durante l’impatto di un singolo asteroide, contiene materiale pre-noachiano. Il “manifesto” di questo gruppo è una roccia straordinaria chiamata NWA7034, o Black Beauty.

Black Beauty è un famoso meteorite marziano composto da materiale superficiale disgregato, o regolite. Oltre a frammenti di roccia, contiene zirconi formatisi da 4,48 miliardi a 4,43 miliardi di anni fa. Si tratta dei più antichi pezzi di Marte conosciuti.

Studiando gli oligoelementi presenti in uno di questi antichi zirconi abbiamo trovato prove di processi idrotermali, il che significa che sono stati esposti all’acqua calda quando si sono formati nel lontano passato.

Oligoelementi, acqua e un collegamento con i depositi di minerali

Lo zircone che abbiamo studiato ha un’età di 4,45 miliardi di anni. Al suo interno, ferro, alluminio e sodio sono conservati in abbondanza come strati concentrici, simili a una cipolla. Questo schema, chiamato zonazione oscillatoria, indica che l’incorporazione di questi elementi nello zircone è avvenuta durante la sua storia ignea, nel magma.

Il problema è che ferro, alluminio e sodio non si trovano normalmente nello zircone igneo cristallino: come sono finiti questi elementi nello zircone marziano? La risposta è l’acqua calda.

Nelle rocce terrestri, è raro trovare zirconi con modelli di zonazione di crescita per elementi come ferro, alluminio e sodio. Uno degli unici luoghi in cui è stato descritto è Olympic Dam, nell’Australia meridionale, un gigantesco giacimento di rame, uranio e oro.

I metalli in luoghi come Olympic Dam sono stati concentrati da sistemi idrotermali (acqua calda) che si muovono attraverso le rocce durante il magmatismo. I sistemi idrotermali si formano ovunque l’acqua calda, riscaldata dai sistemi idraulici vulcanici, si muova attraverso le rocce. Gli spettacolari geyser di luoghi come il Parco nazionale di Yellowstone, negli Stati Uniti, si formano quando l’acqua idrotermale erutta sulla superficie terrestre.

Il ritrovamento di uno zircone marziano idrotermale solleva l’intrigante possibilità che si siano formati depositi di minerali sui primi anni di Marte.

Studi precedenti hanno proposto un Marte pre-Noachiano umido. Gli insoliti rapporti isotopici dell’ossigeno in uno zircone marziano di 4,43 miliardi di anni fa sono stati interpretati in precedenza come prova di una prima idrosfera. È stato persino suggerito che Marte potrebbe aver avuto un primo oceano globale 4,45 miliardi di anni fa.

Il quadro generale del nostro studio è che i sistemi idrotermali magmatici erano attivi durante la prima formazione della crosta di Marte 4,45 miliardi di anni fa.

Non è chiaro se questo significhi che l’acqua di superficie fosse stabile in quel periodo, ma pensiamo che sia possibile. Quello che è chiaro è che la crosta di Marte, come la Terra, poco dopo la sua formazione aveva acqua – un ingrediente necessario per l’abitabilità.