Le misteriose origini del metano marziano

Continuo ancora a parlare di Marte e dei suoi ancora in gran parte irrisolti misteri. Dopo gli esperimenti biologici delle Viking e del carbonio organico marziano ora tocca al metano che, se nessun marziano ha lasciato i rubinetti del gas aperti, dà non pochi problemi agli scienziati spiegarne per le origini. Fra meno di sessanta giorni Curiosity si adagerà sul suolo del Pianeta Rosso e forse avremo delle risposte più concrete alle nostre domande, o forse ne otterremo di nuove.

Tra pochi giorni il Mars Science Laboratory finalmente arriverà su Marte per cercare di rispondere a tantissime domande che finora le altre missioni precedenti hanno solo scalfito o che hanno prodotto di nuove.
Una di queste è forse poco nota, riguarda la sua atmosfera, o meglio un suo componente: il metano 1.
Nel 2003 – anno della scoperta – la scoperta del metano nell’atmosfera marziana suscitò un vespaio di domande, tanto più che successivamente si scoprì che la sua presenza nella tenue atmosfera di Marte 2  seguiva un andamento stagionale ed era localizzata soltanto in alcune regioni ben precise 3, come la Arabia Terra, la regione Nili Fossae e l’antico vulcano  Syrtis Major, una regione basaltica molto scura 4.

Composizione chimicaPeso molecolarePercentuale %
Diossido di carbonio (CO2)4495.3
Azoto (N2)282.60
Argon (Ar)401.60
Ossigeno (O2)160.13
Monossido di carbonio (CO)280.07
Vapore acqueo (H2O)180.03
Monossido di azoto (NO)300.01
Acqua semipesante (HDO)19 0.000085
Cripto (Kr)83.80.00003
Neon (Ne)20.20.000025
Xeno (Xe)131.30.000008
Ozono (O3)480.000003
Metano CH4)160.000001

Contrariamente a quanto si potrebbe supporre, l’atmosfera di Marte è stracolma di ossigeno, peccato che esso sia spesso combinato con il carbonio – come mostra la tabella.
Tutti gli altri elementi o composti chimici sono presenti in tracce o poco più, tra questi  ci sono  anche questi pennacchi estivi di metano che sono un vero rompicapo per i planetologi.
Il metano nell’atmosfera è chimicamente instabile, la radiazione ultravioletta del Sole lo decompone, e su Marte arrivano un sacco di ultravioletti 5 .
L’origine per  ora è ancora sconosciuta , anche se è improbabile che questi pennacchi siano di origine biologica; stando alla natura altamente localizzata di questi pennacchi dovremmo affermare che la presenza di queste forme di vita siano legate solo ed esclusivamente a certi habitat particolari presenti solo in alcuni siti del Pianeta Rosso e non – come ci dovremmo attendere – su tutto il pianeta e a particolari condizioni climatiche presenti solo in alcuni periodi dell’anno marziano; oppure forse dovremmo pensare che questi siano gli ultimi scampoli di vita 6 in un pianeta ormai morto da eoni.
Un po’ troppe condizioni a contorno secondo me per cui si possa parlare di origine biologica dei pennacchi di metano.
L’altra ipotesi è che ci siano dei depositi di gas intrappolati in profonde valli o nel sottosuolo sotto forma di permafrost o di depositi di clarati idrati 7. Questi depositi potrebbero parzialmente sciogliersi durante l’estate marziana ed essere responsabili dei famosi pennacchi 8.
Infine oppure, il metano di chiara origine abiotica, può essere emesso da una qualche forma  residua di attività vulcanica secondaria, come i resti di antichi camini vulcanici, fumarole o pozzi termali.

Qualunque sia comunque il meccanismo di diffusione del metano marziano, rimane da scoprire la sua origine, ovvero se questo sia di  origine biologica o meno.
Il meccanismo biologico è chiaro, il metano sarebbe il prodotto di scarto dell’attività metabolica di microrganismi che ancora non sappiamo 9 con certezza se esistano o meno.
Il meccanismo abiotico è un po’ più complicato da spiegare. Questa ipotesi vuole che il metano venga prodotto in profondità nella crosta marziana attraverso un fenomeno di serpentinizzazione 10 delle rocce basaltiche 11 12.

Entrambe le teorie sono intriganti dal punto di vista scientifico, possono essere vere entrambe o nessuna delle due, ma quale scegliere?
In mancanza di una prova diretta e definitiva di una una qualche attività biologica su Marte, si possono cercare altri marcatori tipici dei processi di generazione del metano.
Sulla Terra infatti l’attività metabolica dei batteri metanogeni è quasi sempre accompagnata da altre molecole organiche complesse formate da carbonio e idrogeno come l’etano o l’acetilene 13, mentre per il metano di origine vulcanica è quasi sempre accompagnato da anidride solforosa etc.
Quindi riuscire a scoprire quali marcatori secondari sono presenti nei pennacchi di metano può aiutare senz’altro a comprenderne l’origine, ma se nessuno di questi fossero presenti?
Esiste una terza via. La Vita tende a ottimizzare i suoi processi col minor consumo di energia possibile per cui tende ad usare gli isotopi più leggeri degli atomi disponibili in un ambiente.
Quindi c’è da aspettarsi che il metano di origine biologica abbia meno deuterio dell’acqua marziana; se il rapporto isotopico D/H del metano è inferiore a quello dell’acqua, allora ci sono pesanti probabilità che sia trovato un altro indizio sulla presenza di Vita su Marte.


Note:

  1. Sulla Terra più del 90% del metano rilasciato nell’atmosfera è di origine biologica.
  2. La pressione atmosferica di Marte è  al suolo appena sei centesimi di quella terrestre al livello del mare.
  3. Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003, Science Magazine 20 February 2009.
  4. Una piccola curiosità: Syrtis Major agli inizi del secolo era l’oggetto di osservazione preferito dagli studiosi di Marte perché si riteneva che le sue variazioni in estensione fossero dovute alla vegetazione stagionale o che fosse un mare poco profondo. Negli anni ’60 e ’70 le sonde automatiche Mariner e Viking mostrarono che la variabilità osservata era causata dalla sabbia e polvere che il vento muove nell’area. Qui il vento è responsabile delle striature piumate che si creano sottovento ai crateri quando si disgrega contro i bordi più elevati di questi.
  5. Si stima che le molecole di metano su Marte possano esistere per non più di 100 – 300 anni, ma questo valore può essere  molto inferiore vista la presenza di perossidi nel suolo marziano.
  6. Se su Marte c’è mai stata la Vita, probabilmente questa non è mai andata oltre lo stadio batterico.  Forse oggi solo alcuni batteri metanogeni potrebbero sopravvivere ad un ambiente così ostile, tra l’altro essendo l’atmosfera marziana così ricca di biossido di carbonio, questa è l’ideale per i processi biologici di metanogenesi.
  7. I clarati idrati sono gabbie molecolari tenute insieme dai legami idrogeno al cui interno contengono una molecola diversa (ex. metano) che  ne sostiene la struttura, Una volta rimossa la molecolòa all’interno in genere la struttura collassa in … acqua – o ghiaccio.
  8. In questo caso c’è da chiedersi perché lo stesso fenomeno non sia stato osservato anche in prossimità dei poli, anche loro sensibili alle alterazioni climatiche stagionali, e quale sia comunque l’origine del metano intrappolato nel permafrost, magari  è il residuo fossile di una – ormai estinta o forse no – attività biologica.
  9. Caccia ai microrganismi marziani, le nuove ricerche sugli esperimenti Labeled Release, Il Poliedrico 22 aprile 2012.
  10. La serpentinizzazione è un processo di alterazione chimica della roccia in presenza di acqua. Sulla Terra è un processo che avviene di solito nei fondali marini, ma avviene anche all’interno della crosta dove pressione e calore svolgono un importante ruolo. Il fenomeno è molto complesso da spiegare, le alterazioni chimiche in genere portano alla scomposizione chimica delle rocce interessate in composti più semplici con il conseguente rilascio degli atomi più leggeri – o i loro composti – in forma gassosa o liquida.
  11. Have olivine, will gas: Serpentinization and the abiogenic production of methane on Mars, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 32, L10203, 4 PP., 2005 doi:10.1029/2005GL022691.
  12. Low temperature production and exhalation of methane from serpentinized rocks on Earth: A potential analog for methane production on Mars, dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2012.05.009.
  13. Production of ethane, ethylene, and acetylene from halogenated hydrocarbons by methanogenic bacteria, US National Library of Medicine National Institutes of Health.

Umberto Genovese

Autodidatta in tutto - o quasi, e curioso di tutto - o quasi. L'astronomia è una delle sue più grandi passioni. Purtroppo una malattia invalidante che lo ha colpito da adulto limita i suoi propositi ma non frena il suo spirito e la sua curiosità. Ha creato il Blog Il Poliedrico nel 2010 e successivamente il Progetto Drake (un polo di aggregazione di informazioni, articoli e link sulla celebre equazione di Frank Drake e proposto al l 4° Congresso IAA (International Academy of Astronautics) “Cercando tracce di vita nell’Universo” (2012, San Marino)) e collabora saltuariamente con varie riviste di astronomia. Definisce sé stesso "Cercatore".

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