Le scariche elettriche generate nel corso delle tempeste marziane potrebbero avere un impatto globale su importanti caratteristiche chimiche del Pianeta Rosso: prima fra tutte quella del ciclo del cloro. Lo ha dimostrato una recente ricerca guidata da Alian Wang, ricercatrice presso la Washington University di St. Louis.

Marte è famoso per le sue intense tempeste, alcune delle quali sollevano abbastanza polvere da essere viste dai telescopi sulla Terra. Quando le particelle di polvere urtano l’una contro l’altra possono elettrizzarsi, e quindi trasferire carica elettrica positiva o negativa.

Se sulla Terra nel corso dei temporali la conseguenza delle scariche è il lampo, Wang ritiene che su Marte le scariche elettrostatiche generate in atmosfera durante le tempeste di polvere assomiglino a deboli bagliori. In uno studio sulla rivista Geophysical Research Letters (reperibile qui), lei e il suo team spiegano gli esperimenti svolti a prova del fatto che proprio l’elettricità generata dalla polvere su Marte, potrebbe essere la principale forza motrice del ciclo del cloro, un elemento chimico di grande importanza sul pianeta.

Il ciclo del cloro su Marte

Gli scienziati considerano il cloro uno dei cinque elementi mobili su Marte. Questi sono gli elementi che, in diverse forme, si spostano tra la superficie e l’atmosfera del pianeta. Gli altri sono idrogeno, ossigeno, carbonio e zolfo. Sul terreno marziano i depositi di cloruro, simili alle saline poco profonde presenti sulla Terra, sono molto diffusi. Tali depositi probabilmente si sono formati nel corso dell’infanzia del Pianeta Rosso come sali di cloruro, precipitati dalla salamoia.

Nel suo studio, Wang mostra che un modo particolarmente efficiente per muovere il cloro dal suolo all’atmosfera marziana, ovvero per mantenere il cosiddetto ciclo del cloro, è dato dalle reazioni innescate da scariche elettriche generate nelle attività della polvere marziana.

Per giungere a questa conclusione, i ricercatori del team hanno condotto 26 diversi esperimenti di elettrochimica. Hanno utilizzato la camera di simulazione planetaria PEACh (Planetary Environment and Analysis Chamber), presso la Washington University. I risultati mostrano che l’elettrochimica stimolata da eventi di polvere di media intensità, condizioni simili a quelle presenti su Marte, può decomporre i comuni sali di cloruro ed è accompagnata dal rilascio di atomi di gas cloro nell’atmosfera. E dalla generazione di perclorati e carbonati.

Elettrochimica e polvere marziana

L’elettrificazione per attrito è un processo comune nel nostro Sistema Solare. Le attività della polvere marziana sono note per essere una potente fonte di accumulo di carica elettrica. Inoltre, la sottile atmosfera su Marte rende molto semplice (cento volte di più che non sulla Terra) la rottura dei campi elettrici, accumulati sotto forma di scariche elettrostatiche.

Gli scienziati coinvolti nelle missioni robotiche sbarcate su Marte hanno proposto da anni che le tempeste di polvere potrebbero essere una fonte della chimica altamente reattiva sul Pianeta Rosso. Tuttavia, gli effetti chimici delle attività della polvere erano difficili da studiare. Alcune opportunità di missione, come l’EDM ExoMars Schiaparelli lanciato nel 2016, si sono concluse con un fallimento. Gli scienziati si sono rivolti a modelli e studi sperimentali.

Questo studio, simulando eventi di spostamento della polvere marziana di media intensità, ha rivelato per la prima volta che gli alti rendimenti di perclorati, carbonati e cloro sembrano derivare proprio dall’attività della polvere. Calcoli successivi, basati sui risultati sperimentali del team di Wang, supportano l’attività della polvere marziana come la principale forza trainante per il ciclo globale del cloro nel periodo amazzonico (il periodo più recente della storia di Marte, che si pensa sia iniziato circa 3 miliardi di anni fa).

Lo studio delle scariche durante le tempeste

Negli ultimi anni, Wang e altri scienziati hanno pubblicato ricerche che dimostrano che quando la scarica elettrostatica interagisce con i sali di cloro in un ambiente ricco di anidride carbonica simile a Marte, può generare perclorati e carbonati e anche rilasciare cloro come gas. Tuttavia, questo nuovo studio è il primo a cercare di quantificare la quantità di questi prodotti chimici effettivamente prodotta durante gli eventi di tempesta di sabbia. Wang ha spiegato:

I tassi di reazione sono enormi. È importante sottolineare che il cloro rilasciato in un processo di scarica elettrostatica di media potenza di breve durata è a un livello percentuale. Simili ma leggermente inferiori, i tassi di formazione di carbonati e perclorati sono a livelli sub-percentuali e per mille.

Ciò significa che, per esempio, durante un esperimento di scarica elettrostatica simulata di sette ore, almeno una molecola di cloruro su 100 viene decomposta e quindi rilascia il suo atomo di cloro nell’atmosfera.

Conseguenze globali per il Pianeta Rosso

Questi alti rendimenti portano Wang e il suo team a credere che le attività della polvere marziana possano essere collegate a diversi fenomeni globali recentemente rivelati dalle missioni su Marte. Primo fra tutti, alle concentrazioni estremamente elevate di perclorato e carbonato nel suolo marziano. Quantitativamente, la fascia più alta degli intervalli di concentrazione stimati sul pianeta può essere accumulata da scariche elettriche indotte da tempeste di sabbia in meno della metà del periodo amazzonico.

Inoltre, l’elevata resa di atomi di cloro rilasciati dai cloruri può spiegare le alte concentrazioni di acido cloridrico osservate nell’atmosfera marziana durante le stagioni della polvere 2018 e 2019. Si presume che in questo arco di tempo uno spessore compreso tra 1 e 10 cm di polvere superficiale marziana potrebbe essere sollevato da un tempesta di polvere globale. Nessun altro processo che conosciamo è in grado di farlo. Specialmente con una resa quantitativamente elevata di rilascio di cloro.

Wang ha concluso: “Questo studio sottolinea, ancora una volta, l’importanza di misurare la proprietà elettrica dell’attività della polvere nelle future missioni su Marte”.