Nel 1965 la sonda della NASA Mariner 4 eseguì un Fly-by di Marte, osservando per la prima volta la presenza di CO₂ nell’atmosfera del pianeta rosso. Nel 1966 il fisico Robert B. Leighton e lo scienziato planetario Bruce C. Murray proposero una particolare teoria per la presenza di questa CO₂ e per il suo comportamento.

Ora sappiamo con abbastanza precisione che la CO₂ è la componente di circa il 95% dell’atmosfera di Marte. La teoria dei due scienziati americani proponeva un modello per cui la pressione atmosferica sul pianeta oscillerebbe da circa un quarto di quella attuale fino al doppio. Questo si verificherebbe in conseguenza all’oscillazione di Marte sul suo asse durante la sua rivoluzione intorno al Sole. Questo infatti esporrebbe i poli a più o meno luce, variando la quantità di ghiaccio di CO₂ che sublima. Il modello di Leighton e Murray prevedeva appunto la presenza di CO₂ in grandi quantità ai poli, fatto di cui abbiamo la conferma da anni. Questa variazione di CO₂ sublimata sarebbe la responsabile della diversa pressione atmosferica. Ciò avverrebbe in cicli di decine di migliaia di anni.

La conferma dopo più di cinquant’anni

In un nuovo articolo uscito su Nature Astronomy, Peter Buhler del JPL ha descritto un nuovo modello che confermerebbe l’ipotesi fatta da i due scienziati oltre cinquanta anni fa. Nell’articolo viene studiata la composizione del polo Sud di Marte confermando che la sua stratificazione potrebbe essere l’origine della variazione della pressione atmosferica.

Il Polo Sud è infatti diviso in strati alterni di CO₂ ghiacciata e ghiaccio di acqua. E’ stato stimato che questi strati contengano la stessa quantità di anidride carbonica presente in tutta l’atmosfera marziana di oggi. In teoria però, questa stratificazione non dovrebbe essere possibile in quanto il ghiaccio d’acqua è più termicamente stabile e più scuro di quello di CO₂.

Il ghiaccio di CO₂ infatti si destabilizzerebbe rapidamente se fosse sepolto sotto il ghiaccio d’acqua. Tuttavia, il nuovo modello di Buhler mostra che questa stratificazione ha potuto realizzarsi a causa di tre fattori: 1) la mutevole obliquità (o inclinazione) della rotazione del pianeta; 2) la differenza fra il modo in cui l’acqua ghiacciata e Il ghiaccio CO₂ riflettono la luce solare e 3) la variazione di pressione atmosferica che si verifica quando il ghiaccio CO₂ sublima. “[..]Lo spessore degli strati, come determinato dal modello, si abbina magnificamente con le misurazioni radar da satelliti in orbita”, afferma Buhler.

Negli ultimi 510 000 anni la variazione nella luce solare ricevuta dai poli ha quindi permesso al ghiaccio di CO₂ di formarsi in fasi con meno luci e di sublimare nelle fasi più calde. Nei “periodi più freddi” si formava anche ghiaccio d’acqua, il quale rimaneva tale durante i periodi più irradiati corrispondenti anche ad una pressione atmosferica maggiore. Nel periodo successivo un nuovo strato di CO₂ si formava sopra a quello d’acqua. Questo fenomeno ha presentato negli anni variazioni nella sua intensità, lasciando di volta in volta un po’ di ghiaccio di CO₂ non sublimato fra uno strato e l’altro di acqua.

La nostra determinazione della storia delle grandi oscillazioni di pressione atmosferica di Marte è fondamentale per comprendere l’evoluzione del suo clima; compresa la storia della stabilità dell’acqua liquida e dell’abitabilità vicino alla superficie. Queste le parole di Buhler.

Lo studio si intitola “Coevolution of Mars’s atmosphere and massive south polar CO₂ ice deposit“.