Crediti: Esa/Dlr/Fu Berlin
Vulcanologia e sedimentologia sono considerati, dagli studiosi della geologia terrestre, due ambiti ben distinti. Diversi fenomeni, osservati sulla Terra e su altri corpi celesti del Sistema solare, sembrano tuttavia afferire all’uno e all’altro senza trovare un inquadramento preciso, come nel caso del cosiddetto vulcanesimo sedimentario. Rispetto ai vulcani classici studiati dai vulcanologi, i vulcani cosiddetti sedimentari – materia esclusiva dei sedimentologi – si dividono in tre categorie: i vulcani di fango, i vulcani di sabbia e le strutture associate alla fuoriuscita di acqua o gas dal sottosuolo. Per non infangare, letteralmente, la purezza della vulcanologia, i geologi dei due partiti si sono accordati sul considerare “veri” i vulcani dai quali fuoriesce lava, specificando invece quando si tratta di estrusioni vulcaniche di fango.
Oggetto del contendere, in uno studio condotto da un team di ricercatori europei e pubblicato su Nature Geoscience, è proprio l’origine delle effusioni laviche marziane. Ci sono centinaia di migliaia di queste formazioni morfologiche sulla superficie di Marte, spesso situate in corrispondenza di massicci canali scavati dallo scorrimento di antichi torrenti. Le formazioni osservate sarebbero incredibilmente simili alle pāhoehoe laviche tipiche delle isole Hawaii o dell’Islanda. Si tratta di regioni percorse da canali estremamente lunghi, che si estendono per molte centinaia di chilometri in lunghezza e larghi dozzine di chilometri. Si pensa che essi siano il risultato di importanti inondazioni della portata delle più grandi inondazioni mai avvenute sulla Terra. In questo contesto, l’acqua che filtra sotto la superficie potrebbe riemergere come fango.
«Abbiamo compiuto esperimenti in camere a vuoto per simulare l’eruzione di fango su Marte», dice uno dei coautori dello studio, Lionel Wilson, professore emerito di scienze planetarie e terrestri alla Lancaster University (Regno Unito). «Questo tema suscita interesse poiché vediamo molti di questi tratti con caratteristiche fluviali nelle immagini scattate da sonde marziane, ma essi non sono mai stati direttamente visitati da nessuno dei rover presenti sulla superficie e persiste ambiguità circa il loro essere fiumi di lava o di fango».
La “camera marziana” della Open University. Fonte: europlanet-society.org
Per discernere l’origine delle effusioni osservate, gli autori dello studio hanno usato una vera e propria “macchina del fango”. All’interno della Mars Chamber (camera marziana) della Open University (Regno Unito), hanno ricreato le condizioni di temperatura e pressione atmosferica superficiale di Marte e della Terra in due esperimenti paralleli. L’esperimento è volto innanzitutto a colmare la lacunosa conoscenza teorica ed empirica circa il comportamento del fango se sottoposto a pressioni atmosferiche, temperatura e gravità molto basse, quali quelle marziane. La bassa pressione atmosferica, ad esempio, inibisce la presenza di acqua allo stato liquido favorendone invece l’evaporazione e la formazione di ghiacci, e causando il rapido cambiamento della reologia del fango estruso. Il fango marziano potrebbe dunque fluire e propagarsi diversamente dal fango terrestre.
Considerando un fango a bassa viscosità, composto prevalentemente di acqua e argilla, e facendolo propagare su una superficie fredda (da -30 °C a -10 °C) di sabbia o di plastica – per riprodurre rispettivamente la superficie sedimentaria o una crosta ghiacciata – e sottoponendolo a condizioni di pressione marziane (7 mbar), gli scienziati hanno osservato come il flusso origini proprio conformazioni simili alle pāhoehoe di lava, che si raffreddano per formare superfici ondulate e lisce. Sottoposto invece a condizioni di pressione atmosferica terrestre, il flusso di fango non origina conformazioni laviche, non si espande, e non presenta croste ghiacciate nemmeno nelle condizioni di temperatura più severe. Insomma, sembra proprio che la pressione la faccia da padrona.
Petr Brož – dell’Istituto di geofisica dell’Accademia ceca della scienza – e collaboratori sono riusciti a ricostruire una vera e propria sequenza di formazione ed evoluzione morfologica del fango effusivo osservato su Marte.
Fango congelato dopo aver fluito in condizioni di pressione e temperatura come quelle che si riscontrano su Marte. Le forme e le cavità del lobo sono normalmente associate alla lava sulla Terra. Crediti: P. Brož et al./Nature Geoscience
Partiamo quindi dalla genesi dei vulcani sedimentari, per come essa è nota dalla geologia terrestre. Come i vulcani veri, che si formano poiché il magma viene portato in superficie dalla camera magmatica e fuoriesce come un flusso di lava, la maggior parte dei vulcani di fango si forma da una condizione nella quale particelle sedimentarie sono portate in superficie assieme a una componente gassosa o liquida – nel primo caso comunemente aria o idrocarburi, nel secondo acqua – da un serbatoio sottostante.
A grandi profondità, nel sottosuolo terrestre, si trovano strati di argilla alternati a strati di acqua salmastra che a loro volta sovrastano alcuni strati di gas metano. Questo gas si trova sotto pressione e a volte riesce a trovare una via di fuga verso la superficie. Nella sua ascesa porta con sé acqua, argilla e altri minerali che appaiono sottoforma di fango poco viscoso, creando conformazioni superficiali del tutto analoghe ai cosiddetti vulcani a scudo.
Tornando su Marte, non appena il fango emerge sulla superficie e sperimenta le condizioni ambientali di pressione e temperatura, comincia un processo di raffreddamento per evaporazione dell’acqua in esso contenuta e contemporaneamente di congelamento delle regioni superficiali periferiche, a formare crinali e argini. Il flusso di fango si propaga quindi attraverso dei canali la cui superficie diventa ben presto una crosta di ghiaccio galleggiante.
Da questo punto in poi, il fango non si propagherà più attraverso canali aperti, ma unicamente attraverso canali tubulari e lobi.
La presenza di una crosta superficiale impedisce la libera propagazione del fango, che tuttavia riesce a evadere esercitando pressione e rompendo la crosta ghiacciata sul fronte di propagazione, e riemergendo poi anche dalla superficie che collassa senza il sostegno della pressione del flusso intrappolato. Il processo si ripete creando numerosi lobi il cui spessore va diminuendo a mano a mano che ci si allontana dal canale principale.
Questo “vulcanesimo sedimentario” è stato anche proposto per il pianeta nano Cerere, che si trova nella fascia di asteroidi fra Marte e Giove, e che potrebbe avere un oceano di acqua fangosa sotto una superficie di argilla, sali, clatrati e ghiaccio. Il fenomeno del raffreddamento evaporativo e conseguente congelamento dovrebbe avvenire in modo analogo su Cerere, influenzando la morfologia delle formazioni rocciose effusive. Non solo: il fatto che Cerere sia privo di atmosfera, dovrebbe addirittura catalizzare questo processo.
«Suggeriamo che vulcani di fango possano spiegare la formazione di queste conformazioni laviche su Marte», conclude Brož, «e che processi simili possano applicarsi anche a eruzioni di fango in corpi ghiacciati nelle regioni esterne del sistema solare, come su Cerere».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Geoscience l’articolo “Experimental evidence for lava-like mud flows under Martian surface conditions”, di Petr Brož, Ondřej Krýza, Lionel Wilson, Susan J. Conway, Ernst Hauber, Adriano Mazzini, Jan Raack, Matthew R. Balme, Matthew E. Sylvest w Manish R. Patel