Feb 12

SI FA PRESTO A DIRE "FOSSILE"...

Questo articolo è inserito nella sezione d'archivio "Quanta vita sulla Terra e (forse) oltre..."

 

Considerato che per il luglio di quest’anno (salvo rinvii) è previsto il lancio dell’ennesima missione automatica su Marte e stante il fine dichiarato di rilevare evidenze ricollegabili alla passata presenza di vita sul pianeta rosso, fare qualche piccola puntualizzazione può essere utile per poter seguire con consapevolezza gli sviluppi che i media eventualmente comunicheranno.

La missione Mars 2020 dovrebbe arrivare a destinazione nel febbraio 2021 e indagherà tramite un rover il suolo di un sito scelto per alcune sue caratteristiche peculiari che lo pongono quale candidato maggiormente accreditato tra i luoghi che potrebbero aver ospitato forme di vita in passato. In particolare si tratta di un’area all’interno di un cratere di circa 45 km di diametro, denominato “Jezero” (fig. 1) e situato al margine del bacino Isidis, emisfero N, non lontano dalla fascia equatoriale marziana (18.9° N, 77.5° E, fig. 2).

Fig. 1 Immagine a colori del Cratere Jezero ottenuta combinando un mosaico di immagini monocromatiche scattate dal Mars Reconnaissance Orbiter e di immagini a colori scattate dall’HRSC del Mars Express. Image Credit: NASA / JPL / MSSS / ESA / DLR / FU-Berlin /J. Cowart, CC BY-SA 3.0 IGO.
Fig. 1 Immagine a colori del Cratere Jezero ottenuta combinando un mosaico di immagini monocromatiche scattate dal Mars Reconnaissance Orbiter e di immagini a colori scattate dall’HRSC del Mars Express. Image Credit: NASA / JPL / MSSS / ESA / DLR / FU-Berlin /J. Cowart, CC BY-SA 3.0 IGO.

E’ naturale chiedersi su quali basi sia stata scelta un’area all’interno di un cratere di notevoli dimensioni dove suolo e sottosuolo hanno subito un trauma apocalittico.

Fig. 2 Carta topografica generale di Marte ottenuta dai dati del Mars Global Surveyor. Evidenziata dal pallino nero la posizione approssimativa di Jezero, proprio al bordo del bacino Isidis. Modificato sul file originale: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA02993
Fig. 2 Carta topografica generale di Marte ottenuta dai dati del Mars Global Surveyor. Evidenziata dal pallino nero la posizione approssimativa di Jezero, proprio al bordo del bacino Isidis. Modificato sul file originale: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA02993

Partiamo proprio dalla genesi del cratere. L’età di Jezero è stata stimata in circa 3.8-3.7 miliardi di anni (era Noachiana, anche la storia di Marte è stata suddivisa in intervalli temporali come per la Terra ma battezzati con nomi diversi, come riassume lo schema in fig. 3):

Fig. 3 Scala cronologica relativa alle ere marziane (in miliardi di anni), I rispettivi limiti temporali sono incerti, in particolare il limite esperiano-amazoniano viene anche indicato a circa 2.9 miliardi di anni. Le linee tratteggiate indicano sottodivisioni. In alcune cronologie viene considerata anche un’iniziale era pre-Noachiana, terminata circa 3.95 miliardi di anni fa (modificato da “The B. Murray Space Library”, The Planetary Society).
Fig. 3 Scala cronologica relativa alle ere marziane (in miliardi di anni), I rispettivi limiti temporali sono incerti, in particolare il limite esperiano-amazoniano viene anche indicato a circa 2.9 miliardi di anni. Le linee tratteggiate indicano sottodivisioni. In alcune cronologie viene considerata anche un’iniziale era pre-Noachiana, terminata circa 3.95 miliardi di anni fa (modificato da “The B. Murray Space Library”, The Planetary Society).

L’impatto che ha originato il cratere è avvenuto su un settore della crosta marziana dominato da formazioni rocciose a loro volta formatesi a seguito di un precedente e ben più violento impatto, avvenuto circa 3.9-4.0 miliardi di anni fa e che ha prodotto il limitrofo bacino Isidis. Jezero è perciò un cratere molto antico, che è stato esposto agli agenti erosivi marziani per parecchio tempo e che ha subito vicende geologiche di vario genere e varia portata che hanno rielaborato e lavorato fino ad oggi i livelli rocciosi in posto. In generale non sembrerebbe un’idea di successo cercare tracce di vita passata in un contesto del genere: sulla superficie terrestre aree così antiche sono molto scarse e la probabilità di trovarvi tracce di vita passata è davvero bassa. Ma Marte non è la Terra e la sua storia geologica, per quel che si è riusciti a ricostruire fino ad oggi, è stata ben diversa (Carr, M., and J. W. Head. 2010. Earth and Planetary Science Letters)1. Ai fini paleontologici la differenza probabilmente più significativa risiede nel fatto che la diffusa e massiccia presenza di acqua liquida in superficie (e di un’atmosfera molto più densa e umida dell’attuale) non abbia superato di molto il confine temporale esperiano-amazoniano e cioè sia stata una caratteristica esclusiva dell’ambiente marziano molto antico. Non è chiaro se Marte abbia mai avuto un ciclo idrologico globale, dove precipitazioni, corrivazione, infiltrazione e falde acquifere nel sottosuolo siano state in equilibrio con l’evaporazione e la sublimazione da grandi masse di acqua e ghiaccio, ma certamente la passata presenza di acqua in superficie è largamente testimoniata da numerosissime strutture di origine inequivocabile come conoidi deltizie, valli fluviali, bacini e forme di sedimentazione ed erosive tipiche. Ma il motore di questi fenomeni si è spento presto (geologicamente parlando): già 3.7-3.6 miliardi di anni fa, cioè alla transizione noachiano-esperiana, il clima di Marte si stava probabilmente avviando ad un mutamento radicale verso generali condizioni molto meno umide, benchè ancora compatibili con la diffusa presenza di corpi idrici superficiali. Questi ultimi presumibilmente costituivano strutture di durata limitata, non più stabilmente alimentate dalle precipitazioni e dovute allo svuotamento progressivo dei bacini alle quote superiori o al drenaggio delle falde di subsuperficie con il conseguente deflusso dell’acqua a formare corpi idrici, anche molto estesi ma temporanei, nei settori più depressi. L’era Esperiana va presumibilmente interpretata come una transizione (non sappiamo quanto graduale) verso il clima secco e aridissimo della successiva era amazoniana che ancora oggi è la specificità dell’ambiente marziano. La superficie del pianeta rosso negli ultimi 3 miliardi di anni sperimenta modificazioni geomorfologiche molto ridotte rispetto alla storia precedente: pochi impatti meteorici, erosione assai limitata, vulcanismo isolato ed episodico, il pianeta scivola verso uno stato quiescente dove gli agenti di gran lunga più attivi rimangono i venti ed il ghiaccio, ove presente. Una vera e propria tettonica a zolle di portata planetaria forse mai è riuscita ad innescarsi, neppure in epoca Noachiana. Marte oggi è un mondo che non può essere definito “geologicamente attivo” se non in relazione a minimi episodi e comunque rari su scale di centinaia di milioni di anni.

Se la storia del passato geologico di Marte è quella che si è fino ad oggi ricostruita (non senza enormi lacune ed enigmi, tuttavia) appare chiara la scelta di concentrare la ricerca di indizi paleontologici in aree non più recenti dell’epoca Noachiana. Stiamo parlando di tracce risalenti ad almeno 3.7 miliardi di anni fa, per quel che può valere un confronto con la paleontologia terrestre la più antica evidenza di vita accertata risale a circa 3,5 miliardi di anni fa ed è costituita da microfossili di cellule procariote (senza nucleo) individuate in rocce australiane (Schopf, W. et al., 2018. PNAS)2 , i fossili di Apex Chert (fig. 4). L’attribuzione delle microstrutture a elementi biologici ha richiesto anni di riflessioni, studi, indagini e ha fomentato accesi dibattiti, ciò rende l’idea della difficoltà estrema che si può incontrare nel riconoscimento di fossili antichissimi.

Fig. 4 Ricostruzione 3D (riquadro T) di uno dei microfossili e due sezioni tomografiche (riquadri U e V) che mostrano i vuoti e le pareti cellulari (estratto da Schopf, W. et al., 2018)2
Fig. 4 Ricostruzione 3D (riquadro T) di uno dei microfossili e due sezioni tomografiche (riquadri U e V) che mostrano i vuoti e le pareti cellulari (estratto da Schopf, W. et al., 2018)2

Ma non basta puntare su una qualsiasi roccia marziana antica per trovare fossili, occorre individuare il tipo di roccia che più probabilmente potrebbe aver conservato tracce biologiche. Sempre in base ad analogie con la Terra, che al momento è l’unica chiave per orizzontare le ricerche, si è deciso di puntare su rocce carbonatiche, cioè rocce sedimentarie formatesi, in generale, dalla precipitazione di sali carbonati e in estrema sintesi derivanti dall’interazione tra CO2, acqua, biomassa e rocce di superficie (il ciclo del carbonio). C’è però un problema: mentre la superficie terrestre è cosparsa di imponenti depositi carbonatici, su Marte se ne sono individuati ben pochi (ciò lascia pensare che forse un vero e proprio ciclo del carbonio l’ambiente marziano non lo abbia mai ospitato stabilmente). La fig. 5 esplicita la rarità dei depositi carbonatici rilevati finora su Marte: appena un pugno di siti e con estensione limitata.

Fig. 5 Distribuzione dei depositi carbonatici marziani. I diversi colori si riferiscono a carbonati arricchiti in diversi tipi di elementi (Ca in arancio, Mg in verde, Ca+Fe in azzurro/viola). Si noti la barra in verde nel settore di Jezero. Modificato da Niles et al., 2013. Space Scince Review)3
Fig. 5 Distribuzione dei depositi carbonatici marziani. I diversi colori si riferiscono a carbonati arricchiti in diversi tipi di elementi (Ca in arancio, Mg in verde, Ca+Fe in azzurro/viola). Si noti la barra in verde nel settore di Jezero. Modificato da Niles et al., 2013. Space Science Review)3

Il settore di Jezero quindi, secondo le rilevazioni fatte dagli strumenti in orbita, sembra presentare i giusti affioramenti rocciosi. Ma ancora non basta. Per avere qualche possibilità in più e sempre basandosi sulle analogie con la Terra, occorre che i carbonati si siano sedimentati in ambiente acquoso per un periodo sufficientemente lungo, e un cratere costituisce una depressione ideale per ospitare un lago, sempre che vi sia stato qualcosa in grado di rifornirlo. L’altimetria e le immagini riprese dalle sonde hanno evidenziato la presenza di un vero e proprio reticolo idrografico che dalle aree più rilevate ha alimentato Jezero almeno tramite due immissari mentre un canale in distacco dal bordo opposto fungeva da emissario (fig. 6). Queste ed altre numerose evidenze più specifiche hanno condotto ad ipotizzare l’esistenza in Jezero di un lago fin da tempi abbastanza vicini all’impatto e rimasto tale a lungo, possibilmente attraversando diverse fasi di maggiore e minore riempimento (anche con lunghi periodi di svuotamento completo) in funzione della successiva evoluzione geologica e climatica fino al suo completo inaridimento in epoca probabilmente amazoniana (Schon S., Head J., Fassett C., 2012. Planetary and Space Science)4. Ma il fatto che siano stati rilevati depositi carbonatici in un’area ove è presente un sito che potenzialmente potrebbe aver ospitato un ambiente acquoso stabile non garantisce l’esistenza di una relazione sia temporale che genetica tra i due elementi, senza contare che la polvere marziana, presente quasi ovunque in quantità sul pianeta e soggetta a continui spostamenti per l’azione eolica durante tutta l’epoca amazoniana, potrebbe a sua volta contenere frazioni carbonatiche e quindi rimescolare le carte.

Fig. 6 Il sistema idrico di Jezero: a sinistra i 2 immissari che hanno alimentato il paleolago e a destra l’emissario (da Schon S., Head J., Fassett C., 2012. Planetary and Space Science)4
Fig. 6 Il sistema idrico di Jezero: a sinistra i 2 immissari che hanno alimentato il paleolago e a destra l’emissario (da Schon S., Head J., Fassett C., 2012. Planetary and Space Science)4

Un recente ed articolato lavoro (Horgan B., Anderson R., Dromart G., 2020. Icarus)5 affronta quest’ultima problematica e, basandosi su analisi spettrali di immagini orbitali nel visibile e nel vicino infrarosso, su immagini fotografiche di dettaglio e su modelli topografici digitali della superficie, aggiunge qualche tassello molto utile sia dal punto di vista mineralogico che sedimentologico. Le analisi hanno evidenziato importanti differenze tra i depositi carbonatici all’interno del cratere e quelli presenti in una stretta striscia lungo la base delle pareti interne tra le quote -2420 m e -2260 m, denominati “Carbonati Marginali” (fig. 7).

Fig. 7 Distribuzione dei Carbonati Marginali in Jezero (aree delimitate in rosso). Da Horgan B., Anderson R., Dromart G., 2020. Icarus)5
Fig. 7 Distribuzione dei Carbonati Marginali in Jezero (aree delimitate in rosso). Da Horgan B., Anderson R., Dromart G., 2020. Icarus)5

La localizzazione di queste mineralizzazioni e molte altre caratteristiche specifiche desumibili dall’insieme dei dati a disposizione appare coerente con un’origine lacustre locale, cioè con la loro formazione per precipitazione nelle acque costiere del paleolago di Jezero in una o più delle fasi in cui esso si trovò in condizioni “endoreiche” (lago chiuso ipersalino), in analogia con i depositi carbonatici antichi e attuali presenti presso le coste di un buon numero di bacini endoreici terrestri, come il lago di Salda in Turchia (fig. 8).

Fig. 8 Lago di Salda, Turchia. In primo piano depositi carbonatici recenti.
Fig. 8 Lago di Salda, Turchia. In primo piano depositi carbonatici recenti.

Questo tipo di ambienti è ben noto per essere una vera e propria fucina di materiale microbiologico con elevata biodiversità (tra cui cianobatteri) e la documentazione fossilifera è ricca grazie alle particolari condizioni che favoriscono la conservazione degli organismi e delle relative tracce biologiche, non solo microscopiche ma anche alle scale millimetriche alla portata dei sensori di un rover automatico.

Come dimostra la lunghissima vicenda del riconoscimento dei fossili di Apex Chert cui s’è accennato, è bene tenere presente quali siano le difficoltà insite in questo tipo di studi paleontologici anche quando i campioni possono essere analizzati direttamente e con i metodi più sofisticati a disposizione. I campioni raccolti dal rover della missione Mars 2020 saranno forse un giorno riportati sulla Terra (con un’altra eventuale missione) e quindi nell’immediato ci si dovrà accontentare di quanto riuscirà a fare la sonda. A meno di rivelazioni clamorose che potrebbero aprire uno scenario del tutto nuovo nell’interpretazione astrobiologica del passato di Marte, non sarà facile avere dati che parlino chiaro. Come (quasi) sempre i passi avanti nella conoscenza richiedono fatica, costanza, tempo e infinite conferme.

 

1.http://www.planetary.brown.edu/pdfs/3438.pdf

2.https://www.pnas.org/content/115/1/53

3.https://www.researchgate.net/publication/235922518_Geochemistry_of_Carbonates_on_Mars_Implications_for_Climate_History_and_Nature_of_Aqueous_Environments

4.https://www.researchgate.net/publication/258688201_An_overfilled_lacustrine_system_and_progradational_delta_in_Jezero_crater_Mars_Implications_for_Noachian_climate

5.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103518306067#f0080

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