C'era una volta, le stagioni nel cratere Gale probabilmente sembravano qualcosa di simile a quelle in Islanda. Ma nessuno era lì per impacchettare più di 3 miliardi di anni fa.

L'antico cratere marziano è al centro di uno studio degli scienziati della Rice University che confrontano i dati del rover Curiosity con i luoghi della Terra in cui formazioni geologiche simili hanno subito l'erosione in climi diversi.

Il terreno basaltico islandese e il clima fresco, con temperature tipicamente inferiori a 38 gradi Fahrenheit, si è rivelato essere l'analogo più vicino all'antico Marte. Lo studio ha determinato che la temperatura ha avuto il maggiore impatto sul modo in cui le rocce formate dai sedimenti depositati dagli antichi flussi marziani sono state alterate dal clima.

Lo studio dell'allievo post-dottorato Michael Thorpe e della geologa marziana Kirsten Siebach di Rice e del geoscienziato Joel Hurowitz della State University di New York a Stony Brook si proponeva di rispondere alle domande sulle forze che hanno colpito le sabbie e il fango nell'antico fondo del lago.

I dati raccolti da Curiosity durante i suoi viaggi dall'atterraggio su Marte nel 2012 forniscono dettagli sugli stati chimici e fisici delle pietre fangose ​​formatesi in un antico lago, ma la chimica non rivela direttamente le condizioni climatiche quando il sedimento si è eroso a monte. Per quello, i ricercatori hanno dovuto cercare rocce e terreni simili sulla Terra per trovare una correlazione tra i pianeti.

Lo studio pubblicato su Pianeti JGR prende dati da condizioni ben note e variabili in Islanda, Idaho e in tutto il mondo per vedere quale ha fornito la migliore corrispondenza per ciò che il rover vede e percepisce nel cratere che circonda il Monte Sharp.

Il cratere un tempo conteneva un lago, ma il clima che ha permesso all'acqua di riempirlo è oggetto di un lungo dibattito. Alcuni sostengono che il primo Marte fosse caldo e umido, e che fiumi e laghi erano comunemente presenti. Altri pensano che fosse freddo e secco e che i ghiacciai e la neve fossero più comuni.

"Le rocce sedimentarie nel cratere Gale descrivono invece un clima che probabilmente rientra tra questi due scenari, " disse Thorpe, ora uno scienziato di ritorno del campione di Marte presso il gruppo di esplorazione spaziale Jacobs Space Exploration Group della NASA Johnson Space Center. "Il clima antico era probabilmente gelido, ma sembra anche che abbia sostenuto l'acqua liquida nei laghi per lunghi periodi di tempo".

I ricercatori sono rimasti sorpresi dal fatto che ci fosse così poca alterazione delle rocce su Marte dopo più di 3 miliardi di anni, tale che le antiche rocce di Marte erano paragonabili ai sedimenti islandesi in un fiume e in un lago oggi.

"Sulla terra, il record di roccia sedimentaria fa un fantastico lavoro di maturazione nel tempo con l'aiuto dell'erosione chimica, " osservò Thorpe. "Tuttavia, su Marte vediamo minerali molto giovani nelle rocce fangose ​​che sono più vecchi di qualsiasi roccia sedimentaria sulla Terra, suggerendo che gli agenti atmosferici erano limitati".

I ricercatori hanno studiato direttamente i sedimenti dell'Idaho e dell'Islanda, e studi compilati di sedimenti basaltici simili da una serie di climi in tutto il mondo, dall'Antartide alle Hawaii, per mettere tra parentesi le condizioni climatiche che pensavano fossero possibili su Marte quando l'acqua scorreva nel cratere Gale.

"La Terra ci ha fornito un eccellente laboratorio in questo studio, dove potremmo usare una serie di luoghi per vedere gli effetti delle diverse variabili climatiche sugli agenti atmosferici, e la temperatura media annuale ha avuto l'effetto più forte per i tipi di rocce nel cratere Gale, " disse Siebach, un membro del team Curiosity che sarà un operatore di Perseverance dopo l'atterraggio del nuovo lander a febbraio. "La gamma di climi sulla Terra ci ha permesso di calibrare il nostro termometro per misurare la temperatura sull'antico Marte".

La composizione di sabbia e fango in Islanda era la corrispondenza più vicina a Marte basata sull'analisi tramite l'indice chimico standard di alterazione (CIA), uno strumento geologico di base utilizzato per dedurre il clima passato dall'alterazione chimica e fisica di un campione.

"Come l'acqua scorre attraverso le rocce per eroderle e alterarle, dissolve i componenti chimici più solubili dei minerali che formano le rocce, " disse Siebach. "Su Marte, abbiamo visto che solo una piccola frazione degli elementi che si dissolvono più velocemente era stata persa dal fango rispetto alle rocce vulcaniche, anche se il fango ha la granulometria più piccola ed è solitamente il più esposto alle intemperie.

"Questo limita davvero la temperatura media annuale su Marte quando il lago era presente, perché se fosse più caldo, allora più di quegli elementi sarebbero stati spazzati via, " lei disse.

I risultati hanno anche indicato che il clima si è spostato nel tempo da condizioni simili all'Antartico per diventare più islandese, mentre i processi fluviali hanno continuato a depositare sedimenti nel cratere. Questo cambiamento mostra che la tecnica può essere utilizzata per tenere traccia dei cambiamenti climatici sull'antico Marte.

Mentre lo studio si è concentrato sui più bassi, parte più antica dei sedimenti lacustri che Curiosity ha esplorato, altri studi hanno anche indicato che il clima marziano probabilmente oscillava e diventava più secco con il tempo. "Questo studio stabilisce un modo per interpretare tale tendenza in modo più quantitativo, rispetto ai climi e agli ambienti che conosciamo bene oggi sulla Terra, "Siebach ha detto. "Tecniche simili potrebbero essere utilizzate da Perseverance per comprendere il clima antico intorno al suo sito di atterraggio al cratere Jezero."

In parallelo, cambiamento climatico, soprattutto in Islanda, può spostare i luoghi sulla Terra più adatti per comprendere il passato su entrambi i pianeti, lei disse.

Siebach è un assistente professore di Terra, scienze ambientali e planetarie alla Rice. Hurowitz è professore associato di geoscienze alla Stony Brook.