Miliardi di anni fa, il Pianeta Rosso era molto più blu; secondo le prove ancora rinvenute in superficie, abbondante acqua scorreva su Marte e formava pozze, laghi, e oceani profondi. La domanda, poi, è dove è andata a finire tutta quell'acqua?

La risposta:da nessuna parte. Secondo una nuova ricerca di Caltech e JPL, una parte significativa dell'acqua di Marte, tra il 30 e il 99 percento, è intrappolata all'interno di minerali nella crosta del pianeta. La ricerca sfida l'attuale teoria secondo cui l'acqua del Pianeta Rosso è fuggita nello spazio.

Il team Caltech/JPL ha scoperto che circa quattro miliardi di anni fa, Marte ospitava abbastanza acqua da aver coperto l'intero pianeta in un oceano di circa 100 a 1, 500 metri di profondità; un volume approssimativamente equivalente alla metà dell'Oceano Atlantico terrestre. Ma, di un miliardo di anni dopo, il pianeta era arido come lo è oggi. In precedenza, gli scienziati che cercavano di spiegare cosa fosse successo all'acqua che scorreva su Marte avevano suggerito che fosse fuggita nello spazio, vittima della bassa gravità di Marte. Sebbene un po' d'acqua abbia effettivamente lasciato Marte in questo modo, ora sembra che una tale fuga non possa spiegare la maggior parte della perdita d'acqua.

"La fuga atmosferica non spiega completamente i dati che abbiamo su quanta acqua esisteva effettivamente una volta su Marte, " dice Caltech Ph.D. candidato Eva Scheller (MS '20), autore principale di un articolo sulla ricerca pubblicato dalla rivista Scienza il 16 marzo e presentato lo stesso giorno alla Lunar and Planetary Science Conference (LPSC). I coautori di Scheller sono Bethany Ehlmann, professore di scienze planetarie e direttore associato del Keck Institute for Space Studies; Yuk Yung, professore di scienze planetarie e ricercatore senior del JPL; Danica Adams, studentessa laureata al Caltech; e Renyu Hu, Ricercatore JPL. Caltech gestisce JPL per la NASA.

Il team ha studiato la quantità di acqua su Marte nel tempo in tutte le sue forme (vapore, liquido, e ghiaccio) e la composizione chimica dell'atmosfera e della crosta attuali del pianeta attraverso l'analisi di meteoriti e utilizzando i dati forniti dai rover e dagli orbiter su Marte, guardando in particolare al rapporto tra deuterio e idrogeno (D/H).

L'acqua è composta da idrogeno e ossigeno:H ₂ O. Non tutti gli atomi di idrogeno sono creati uguali, però. Ci sono due isotopi stabili dell'idrogeno. La stragrande maggioranza degli atomi di idrogeno ha un solo protone all'interno del nucleo atomico, mentre una piccola frazione (circa lo 0,02%) esiste come deuterio, o cosiddetto idrogeno "pesante", che ha un protone e un neutrone nel nucleo.

L'idrogeno più leggero (noto anche come protium) ha più facilità a sfuggire alla gravità del pianeta nello spazio rispetto alla sua controparte più pesante. A causa di ciò, la fuoriuscita dell'acqua di un pianeta attraverso l'atmosfera superiore lascerebbe un segno rivelatore sul rapporto tra deuterio e idrogeno nell'atmosfera del pianeta:rimarrebbe una porzione smisurata di deuterio.

Però, la perdita di acqua esclusivamente attraverso l'atmosfera non può spiegare sia il segnale deuterio-idrogeno osservato nell'atmosfera marziana né grandi quantità di acqua in passato. Anziché, lo studio propone che una combinazione di due meccanismi - l'intrappolamento dell'acqua nei minerali nella crosta del pianeta e la perdita di acqua nell'atmosfera - possa spiegare il segnale deuterio-idrogeno osservato nell'atmosfera marziana.

Quando l'acqua interagisce con la roccia, l'erosione chimica forma argille e altri minerali idrati che contengono acqua come parte della loro struttura minerale. Questo processo si verifica sulla Terra così come su Marte. Poiché la Terra è tettonicamente attiva, la vecchia crosta si fonde continuamente nel mantello e forma nuova crosta ai bordi delle placche, riciclando acqua e altre molecole nell'atmosfera attraverso il vulcanismo. Marte, però, è per lo più tettonicamente inattivo, e così l'"essiccamento" della superficie, una volta che si verifica, è permanente.

"La fuga atmosferica ha chiaramente avuto un ruolo nella perdita di acqua, ma i risultati dell'ultimo decennio di missioni su Marte hanno indicato il fatto che esisteva questo enorme serbatoio di antichi minerali idrati la cui formazione ha certamente diminuito la disponibilità di acqua nel tempo, "dice Ehlmann.

"Tutta quest'acqua è stata sequestrata abbastanza presto, e poi non sono mai tornato indietro in bicicletta, " dice Scheller. La ricerca, che si basava sui dati dei meteoriti, telescopi, osservazioni satellitari, e campioni analizzati da rover su Marte, illustra l'importanza di avere più modi di sondare il Pianeta Rosso, lei dice.

Ehlmann, Hu, e Yung hanno precedentemente collaborato alla ricerca che cerca di comprendere l'abitabilità di Marte tracciando la storia del carbonio, poiché l'anidride carbonica è il costituente principale dell'atmosfera. Prossimo, il team prevede di continuare a utilizzare i dati sulla composizione isotopica e minerale per determinare il destino dei minerali contenenti azoto e zolfo. Inoltre, Scheller prevede di continuare a esaminare i processi attraverso i quali l'acqua superficiale di Marte è stata persa nella crosta utilizzando esperimenti di laboratorio che simulano i processi di alterazione marziana, così come attraverso le osservazioni dell'antica crosta da parte del rover Perseverance. Scheller ed Ehlmann aiuteranno anche nelle operazioni di Mars 2020 per raccogliere campioni di roccia per il ritorno sulla Terra che consentiranno ai ricercatori e ai loro colleghi di testare queste ipotesi sui fattori del cambiamento climatico su Marte.

La carta, intitolato "Prosciugamento a lungo termine di Marte causato dal sequestro di volumi d'acqua nella crosta oceanica, " pubblicato su Science il 16 marzo 2021.