Il rover Curiosity della Nasa. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Msss
Uno degli obiettivi primari delle attuali missioni su Marte è rilevare segni di vita presente o passata sul pianeta. Uno di questi segni, che gli addetti ai lavori chiamano biofirme, è rappresentato dal metano. Costituito da un atomo di carbonio e quattro di idrogeno, questo gas riveste particolare interesse astrobiologico per la sua potenziale associazione con la vita microbica.
Sul Pianeta rosso la molecola è stata rilevata più volte dal rover Curiosity della missione Mars Science Laboratory. In particolare, poco sopra la superficie del cratere Gale, nella porzione di atmosfera posta a diretto contatto con il suolo – il cosiddetto strato limite planetario, o Planetary Boundary Layer (Pbl) – la sonda della Nasa ha registrato concentrazioni del gas che sembrano fluttuare stagionalmente e su scala temporale giornaliera. Queste osservazioni hanno generato un dibattito nella comunità scientifica, dovuto al mancato rilevamento di metano a quote medio-alte da parte dell’orbiter dell’Esa ExoMars Trace Gas Orbiter (Tgo). Secondo i ricercatori, questa discrepanza tra le misurazioni può essere spiegata dall’esistenza di processi di migrazione ed emissione del metano verso la superficie di natura episodica, simili a quelli conosciuti sulla Terra come “trasudamenti di gas naturale” (gas seepage, in inglese), seguiti da un processo di distruzione rapida del gas.
Sorgono a questo punto diverse domande: a cosa è dovuta la natura episodica delle emissioni? E ancora: dato che la fonte di metano su Marte molto probabilmente si trova nel sottosuolo, come conciliare le variazioni atmosferiche del gas con un eventuale meccanismo di trasporto?
A rispondere a queste domande ci ha provato un team di ricercatori del Los Alamos National Laboratory (Lanl) che, utilizzando potenti supercalcolatori, ha simulato il trasporto di metano dal sottosuolo verso l’atmosfera guidato da un meccanismo che prevede il rilascio di gas sotto la spinta di fluttuazioni della pressione atmosferica. Un meccanismo noto come pompaggio barometrico.
«I sistemi meteorologici sono associati a cambiamenti nella pressione atmosferica» spiega a questo proposito John P. Ortiz, ricercatore al Los Alamos National Laboratory e primo autore dello studio pubblicato sulla rivista Journal of Geophysical Research – Planets, che riporta i risultati della ricerca. «I sistemi temporaleschi, ad esempio, portano bassa pressione. Condizioni di cielo sereno sono associate invece ad alta pressione. Questi cambiamenti di pressione si impongono anche sui terreni e sulle rocce sotto i nostri piedi. Se i terreni e le rocce hanno fratture ben collegate, i cambiamenti della pressione atmosferica possono spingere o estrarre gas da questi materiali geologici. Questo fenomeno è noto come pompaggio barometrico».
Illustrazione che mostra come il meccanismo del pompaggio barometrico possa essere responsabile del trasporto di metano dal sottosuolo alla superficie di Marte. Crediti: John P. Ortiz et al., JGR Planets, 2024
Nello studio i ricercatori non solo hanno simulato il trasporto di metano attraverso questo meccanismo, ma hanno anche modellano l’adsorbimento delle molecole del gas sulla superficie delle fratture della roccia marziana al variare della temperatura, valutando infine la quantità della molecola che si mescola in uno strato limite planetario simulato.
Le abbondanze di metano modellate in questo lavoro sono controllate da due fattori, spiegano i ricercatori: il trasporto sotterraneo guidato dal pompaggio barometrico e la dinamica dello strato limite planetario.
I risultati delle simulazioni, aggiungono gli scienziati, sono compatibili con emissioni di metano nell’atmosfera che si verificano nella stagione estiva all’emisfero Nord del pianeta appena prima dell’alba, confermando i dati ottenuti dal rover Curiosity, secondo cui i livelli del gas variano non solo stagionalmente, ma anche giornalmente.
L’emissione di metano nei modelli è cambiata inoltre in modo significativo con la dimensione delle fratture del sottosuolo, dalle quali dipende l’effetto della pressione atmosferica sul trasporto di gas, suggerendo che le variazioni di metano nel cratere Gale siano influenzate anche dall’interazione tra la geologia del sottosuolo e le condizioni atmosferiche.
Per testare il meccanismo di trasporto proposto in questo studio ed estendere l’attuale caratterizzazione della variazione diurna del metano su Marte, i ricercatori propongono una serie di misurazioni con lo strumento Tunable Laser Spectrometer (Tls) a bordo di Curiosity, da condurre a metà della prossima estate nell’emisfero Nord di Marte. I ricercatori suggeriscono due opzioni di misurazione, una a metà/tarda mattinata e una in prima serata, ciascuna delle quali permetterebbe di vincolare meglio l’apparente calo mattutino del metano e l’evoluzione dell’aumento notturno. Inoltre, entrambe le misurazioni possono supportare o confutare l’influenza di un meccanismo di trasporto come il pompaggio atmosferico.
«Il nostro lavoro suggerisce diverse finestre temporali chiave in cui Curiosity può raccogliere dati» concludono i ricercatori. «Riteniamo che queste finestre temporali offrano le migliori possibilità di vincolare la tempistica delle fluttuazioni del metano e – si spera – di avvicinarci alla comprensione della sua provenienza su Marte».
Per saperne di più:
- Leggi su Journal of Geophysical Research: Planets l’articolo “Sub-Diurnal Methane Variations on Mars Driven by Barometric Pumping and Planetary Boundary Layer Evolution” di J. P. Ortiz, H. Rajaram, P. H. Stauffer, K. W. Lewis, R. C. Wiens, D. R. Harp