Alcuni vulcani possono produrre eruzioni così potenti da rilasciare nell'aria oceani di polvere e gas tossici, bloccando la luce solare e cambiando il clima di un pianeta per decenni. Studiando la topografia e la composizione minerale di una porzione della regione dell'Arabia Terra nel nord di Marte, gli scienziati hanno recentemente trovato prove di migliaia di tali eruzioni, o "super eruzioni, " che sono le più violente esplosioni vulcaniche conosciute.

sputare vapore acqueo, diossido di carbonio, e anidride solforosa nell'aria, queste esplosioni hanno squarciato la superficie marziana per un periodo di 500 milioni di anni circa 4 miliardi di anni fa. Gli scienziati hanno riportato questa stima in un articolo pubblicato sulla rivista Lettere di ricerca geofisica nel luglio 2021.

"Ognuna di queste eruzioni avrebbe avuto un impatto climatico significativo, forse il gas rilasciato ha reso l'atmosfera più densa o ha bloccato il Sole e ha reso l'atmosfera più fredda, " ha detto Patrick Whelley, un geologo del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, che ha condotto l'analisi Arabia Terra. "I modellisti del clima marziano avranno del lavoro da fare per cercare di capire l'impatto dei vulcani." Dopo aver fatto esplodere l'equivalente di 400 milioni di piscine olimpioniche di roccia fusa e gas attraverso la superficie e aver sparso una spessa coltre di cenere fino a migliaia di chilometri dal luogo dell'eruzione, un vulcano di questa grandezza collassa in un buco gigante chiamato caldera. Caldera, che esistono anche sulla Terra, può essere largo decine di miglia. Sette caldere in Arabia Terra sono stati i primi omaggi che la regione potrebbe aver ospitato un tempo vulcani capaci di super eruzioni.

Un tempo si pensava fossero depressioni lasciate dall'impatto di asteroidi sulla superficie marziana miliardi di anni fa, gli scienziati hanno proposto per la prima volta in uno studio del 2013 che questi bacini fossero caldere vulcaniche. Notarono che non erano perfettamente rotondi come crateri, e avevano qualche segno di crollo, come pavimenti molto profondi e panchine di roccia vicino alle pareti.

"Abbiamo letto quel documento ed eravamo interessati a dare seguito, ma invece di cercare i vulcani stessi, abbiamo cercato la cenere, perché non puoi nascondere quella prova, "Ha detto Whele.

Whelley e i suoi colleghi hanno avuto l'idea di cercare prove di cenere dopo aver incontrato Alexandra Matiella Novak, un vulcanologo presso il Laboratorio di Fisica Applicata Johns Hopkins a Laurel, Maryland. Matiella Novak stava già usando i dati del Mars Reconnaissance Orbiter della NASA per trovare cenere altrove su Marte, quindi ha collaborato con Whelley e il suo team per cercare specificamente in Arabia Terra.

L'analisi del team ha fatto seguito al lavoro di altri scienziati che in precedenza avevano suggerito che i minerali sulla superficie dell'Arabia Terra fossero di origine vulcanica. Un altro gruppo di ricerca, dopo aver appreso che i bacini dell'Arabia Terra potrebbero essere caldere, aveva calcolato dove si sarebbe depositata la cenere di possibili super eruzioni in quella regione:viaggiando sottovento, verso est, si diraderebbe dal centro dei vulcani, o in questo caso, quel che resta di loro:le caldere.

"Così l'abbiamo preso a quel punto e abbiamo detto, "OK, bene, questi sono minerali associati alla cenere vulcanica alterata, già documentato, quindi ora esamineremo come sono distribuiti i minerali per vedere se seguono lo schema che ci aspetteremmo di vedere dalle super eruzioni, "Ha detto Matiella Novak.

Il team ha utilizzato le immagini del Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer di MRO per Marte per identificare i minerali sulla superficie. Guardando nelle pareti di canyon e crateri da centinaia a migliaia di miglia dalle caldere, dove la cenere sarebbe stata portata dal vento, hanno identificato minerali vulcanici trasformati in argilla dall'acqua, compresa la montmorillonite, imogolite, e allofano. Quindi, utilizzando le immagini delle telecamere MRO, il team ha realizzato mappe topografiche tridimensionali dell'Arabia Terra. Sovrapponendo i dati minerari alle mappe topografiche dei canyon e dei crateri analizzati, i ricercatori hanno potuto vedere nei depositi ricchi di minerali che gli strati di cenere erano molto ben conservati, invece di essere confusi dai venti e dall'acqua, la cenere è stata stratificata nello stesso modo in cui sarebbe stata fresca.

"È stato allora che ho capito che non era un caso, questo è un segnale reale, " disse Jacob Richardson, un geologo della NASA Goddard che ha lavorato con Whelley e Novak. "Stiamo effettivamente vedendo ciò che era stato previsto e quello è stato il momento più emozionante per me".

Gli stessi scienziati che hanno originariamente identificato le caldere nel 2013 hanno anche calcolato quanto materiale sarebbe esploso dai vulcani, in base al volume di ciascuna caldera. Queste informazioni hanno permesso a Whelley e ai suoi colleghi di calcolare il numero di eruzioni necessarie per produrre lo spessore di cenere che hanno trovato. Si è scoperto che ci sono state migliaia di eruzioni, disse Welley.

Una domanda rimanente è come un pianeta possa avere un solo tipo di vulcano che ricopre una regione. Sulla terra, vulcani capaci di super eruzioni—il più recente ha eruttato 76, 000 anni fa a Sumatra, Indonesia:sono dispersi in tutto il mondo ed esistono nelle stesse aree di altri tipi di vulcani. Marte, pure, ha molti altri tipi di vulcani, compreso il vulcano più grande del sistema solare, detto Olimpo Mons. L'Olympus Mons è 100 volte più grande in volume del vulcano più grande della Terra, il Mauna Loa, alle Hawaii, ed è conosciuto come un "vulcano a scudo, " che drena la lava lungo una montagna in leggera pendenza. Arabia Terra ha finora l'unica prova di vulcani esplosivi su Marte.

È possibile che i vulcani super-eruttivi fossero concentrati nelle regioni della Terra ma siano stati erosi fisicamente e chimicamente o spostati in tutto il mondo mentre i continenti si spostavano a causa della tettonica delle placche. Questi tipi di vulcani esplosivi potrebbero esistere anche nelle regioni della luna di Giove Io o potrebbero essere stati raggruppati su Venere. Qualunque sia il caso, Richardson spera che Arabia Terra insegni agli scienziati qualcosa di nuovo sui processi geologici che aiutano a modellare i pianeti e le lune.

"La gente leggerà il nostro giornale e se ne andrà, "Come? Come potrebbe Marte farlo? Come può un pianeta così piccolo sciogliere abbastanza roccia da alimentare migliaia di super eruzioni in un unico luogo?", ha detto. "Spero che queste domande portino a molte altre ricerche.