RICERCA ITALIANA     

Analisi integrata dei deposititi solfatici su Marte

Università degli Studi "G. d'Annunzio" Chieti-Pescara

Abstract

Lo scopo del progetto proposto e’ quello di investigare i depositi solfatici di Marte. Lo studio riguardera’ vari aspetti geologici di questi solfati e il lavoro sara’ il prodotto dell’integrazione di vari tipi di osservazioni. Sara' investigata la sedimentologia e la stratigrafia fisica dei depositi solfatici individuando le facies e le geometrie degli strati. La mineralogia sara’ investigata tramite l’analisi dei dati spettrali. Si effttuera’ anche una valutazione del potenziale di queste evaporiti di contenere comunita’ batteriche e di fossilizzarle. Infine si investigera il contesto strutturale e tettoniuco di questi sistemi deposizionali. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Gian Gabriele Ori Università degli Studi "G. d'Annunzio" CHIETI-PESCARA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Mars Express è la prima missione planetaria dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). La missione ha raggiunto risultati ragguardevoli e riportato a terra una larga mole di nuovi dati. Tra i dati resi disponibili per la comunità scientifica, quelli riguardanti l’identificazione dei solfati sulla superficie di Marte sono stati i più importanti (Bibring et al., 2005; Gendrin et al. 2005). Queste informazioni sono state collezionate dallo strumento OMEGA e consistono in cubi spettrali rappresentati sulla superficie da mappe di varie segnature spettrali alla risoluzione di 2 km per pixel. Le mappe spettrali correlate con le immagini stereo dell’HRSC forniscono un dataset unico e senza precedenti che può supportare la dettagliata interpretazione della geologia del pianeta.

La deposizione dei solfati su Marte e la loro analisi apre una finestra sulla comprensione del ciclo idrologico e dei paleoclimi del Pianeta. La deposizione dei solfati dipende fortemente da (i) la disponibilita’ d’acqua in supericie e nel sottosuolo, (ii) I mecchanismi di parcheggio e e di straferimento dell’acqua, (iii) le condizioni climatiche ed atmosferiche, (iv) la struttura della crosta e la formazione di bacini, (v) l’attivita’ vulcanica. L’investigazione delle evaporiti fornira’ delle idee sulle variabili geologiche ed ambientali che governano il ciclo dell’acqua e le variabili che lo governano. La conoscenza dell’evoluzione del ciclo dell’acqua e dei paleoclimi e’ fondamentale per la ricostruzione della storia geologica di Marte.

L’obiettivo di questo progetto è la definizione delle condizione geologiche necessarie per la formazione e la presenza dei solfati su Marte. Lo strumento OMEGA può identificare la presenza di specie mineralogiche, ma una dettagliata interpretazione dei dati richiede anche un accurata analisi dei dati geologici disponibili. Sin dalla prima identificazione dei solfati la comunità scientifica ha iniziato a proporre una varietà di processi per spiegare la formazione di questi minerali (Grotzinger et al. 2005, Grotzinger et al 2006, Mclennan et al, 2005). Comunque, questi modelli sono fondamentalmente basati su teorie e assunzioni corroborate soltanto da una piccola parte di dati geologici. La maggior parte dei modelli sono stati teorizzati da geochimici o fisici che hanno trascurato il contesto geologico. Ovviamente, questo approccio è totalmente giustificato perché la creazione di modelli rappresenta il primo passo verso la comprensione del meccanismo di formazione dei solfati. Comunque, bisogna applicare ai modelli le indicazioni geologiche al fine di definire correttamente le variabili coinvolte nella genesi dei solfati. In più, l’analisi della geologia dei solfati può introdurre informazioni di fondamentale importanza sulla loro formazione e ritrovamento.

Il progetto punta a riempire il gap nell’analisi dei solfati Marziani. Il nostro obbiettivo non è di investigare la natura mineralogica e geochimica della formazione dei solfati. Noi non vogliamo produrre ulteriori modelli per la loro formazione né fornire il razionale geochimico della loro occorrenza. Il target di questo progetto è lo studio della geologia dei solfati e la comparazione di questa con analoghi terrestri. In più, noi vogliamo capire le conseguenze nell’evoluzione geologica. Noi crediamo che l’analisi geologica e mineralogica dei solfati marziani debba essere affiancata dall’analisi geologica. Questo progetto investigherà la stratigrafia e la struttura dei depositi, il contesto geologico in cui si sono formati e i vincoli ambientali. In più, il progetto analizzerà il significato della presenza dei solfati per l’evoluzione planetaria. Larga parte della futura esplorazione di Marte sarà devota alla ricerca della vita. I depositi di solfati hanno un forte potenziale per ospitare forme di vita primordiale e devono essere investigati anche dal punto di vista esobiologico ed esopaleontologico.

L’analisi della geologia dei depositi di solfato può gettare luce anche sui processi a larga scala che hanno agito durante l’evoluzione geologica di Marte. La loro presenza è controllata dal ciclo ideologico, dall’assetto strutturale, dalla circolazione di acque sotterranee, dai cambiamenti climatici ed infine dall’atmosfera e dai suoi cambiamenti. Investigare i solfati marziani significa fornire nuova luce sull’analisi geologica dei pianeti e degli ambienti planetari. Quindi, l’analisi geologica dei solfati marziani fornirà dettagliate informazioni sulla natura di Marte. Questo progetto vuole contribuire in questa comprensione con:

(i) l’analisi dei dati geologici disponibili da differenti datasets
(ii) l’investigazione dei vincoli geologici dei depositi di solfati
(iii) fornendo dati mineralogici basati su un interpretazione geologica
(iv) investigando il potenziale esobiologico ed esopaleontologico di questi depositi
(v) investigando le conseguenze della presenza dei solfati per l’evoluzione geologica del pianeta

Per raggiungere quest’obbiettivo noi studieremo: (i) la sedimentologia dei solfati, identificando i patterns stratigrafici, le facies sedimentarie e l’ambiente sedimentario circostante, (ii) i patterns strutturali dei bacini dove questi depositi si formano e il controllo strutturale sui depositi stessi, (iii) la segantura mineralogica dei dati spettrali OMEGA e la loro comparazione con analisi di laboratorio sulla Terra, (iv) il potenziale esobiologico dei depositi di solfato. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L’esplorazione planetaria in Italia ed Europa

Italia ed Europa hanno iniziato un importante e complesso programma per l’esplorazione di Marte. Dopo Mars Express (la prima missione planetaria europea) l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha stabilito il programma di esplorazione planetaria Aurora. L’Italia è fortemente coinvolta sia in Mars Express che Aurora. In più, l’Italia collabora direttamente anche con la NASA: Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) è attualmente in orbita attorno a Marte e possiede a bordo il radar italo-americano SHARAD.

La geologia planetaria si trova nella sua infanzia in Europa ed in Italia e la mole di geoscienziati che lavorano in questo campo è piccola se comparata al programma presente e futuro dell’esplorazione di Marte e degli altri corpi del sistema solare. Comunque, la comunità geologica in Italia ed Europa mostra un crescente interesse per l’esplorazione di Marte e del sistema solare. E’ ormai chiaro alla comunità geologica che l’analisi di Marte implica un forte coinvolgimento delle attività e degli aspetti geologici. Obbiettivo principale del progetto proposto è di investigare l’assetto geologico e paleontologico dei solfati recentemente scoperti su Marte. Comunque, il soggetto dello studio non è soltanto l’analisi di una litologia scoperta su Marte. I solfati rappresentano un punto chiave per capire l’evoluzione geologica di Marte.

Mars Express ha fornito nuovi indizi su molti aspetti della geologia marziana. Certamente una delle maggiori scoperte è l’estesa presenza di depositi evaporatici (Bibring et al., 2005; Gendrin et al. 2005) sulla superficie marziana, ma anche altri settori come ad esempio quello delle facies ed ambienti lacustri e deltaici, il vulcanismo e la determinazione delle età sono fondamentali per capire il pianeta.

E’ comunque chiaro che l’alta risoluzione e persino i rovers sulla superficie non saranno sufficienti per risolvere tutti le questioni riguardanti la geologia di Marte. Per questa ragione larga parte dell’esplorazione di Marte è concentrata nell’analisi di possibili analoghi terrestri (Ori et al., 2001, Ori et al., 2002, Farr et al., 2003). L’aumento della risoluzione e qualità dei dati di Marte deve essere affiancata dalla più dettagliata analisi degli ambienti terrestri che mostrano analogie col pianeta rosso. Questa attività sarà estremamente importante nel futuro quando svariati rovere cammineranno sulla superficie del pianeta (MSL and ExoMars nel 2011). Per questo motivo, lo studio degli analoghi terrestri è una componente importante di questo progetto. Affianco all’aumento delle potenzialità scientifiche nello studio di Marte, questo concetto ha due effetti positivi: primo, aumenterà la conoscenza della Terra obbligandoci a guardare la geosfera in maniera diversa e da un altro punto di vista, e secondo, renderà più facile l’approccio a Marte per i geologi terrestri.

Svariate missioni hanno studiato Marte e nei prossimi decenni una flotta di sonde raggiungeranno il pianeta. Queste missioni porteranno una grande mole di dati che rimpinzeranno i datasets attuali. Sia landers che orbiters studieranno la superficie ed il sottosuolo di Marte mandando a Terra i dati collezionati. I dati forniranno dettagliate informazioni sulla geologia dato che i sensori dei prossimi anni forniranno immagini ad altissima risoluzione.

Negli ultimi 8 anni l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha pianificato una serie di missioni verso i pianeti di tipo terrestre. Adesso l’ESA si avvicina ai programmi NASA con l’Aurora Exploration Programme che punta a ad esplorare Marte ed eventualmente mandare esseri umani su Marte in collaborazione con la NASA. La comunità astronomica che ha usato le potenzialità dell’ESA per raggiungere obbiettivi importanti ha dominato lo scenario europeo dell’esplorazione spaziale. L’esplorazione del sistema solare si è concentrata su soggetti che variano dal plasma al Sole con una serie di fortunate missioni. La comunità gescientifica, ovviamente, non è stata coinvolta in queste missioni e solo pochi laboratori hanno lavorato nel campo della geologia planetaria. Questa situazione sta cambiando e sempre più laboratori sono interessati nell’analisi geologica dei dati planetari. In questo panorama, l’Italia sta giocando un ruolo importante ed è all’avanguardia nell’esplorazione spaziale Europea. L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) sta supportando fortemente l’esplorazione del sistema solare con una serie di strumenti programmati per volare su missioni ESA. Questo sforzo nell’esplorazione di Marte e del sistema solare richiede il coinvolgimento di un largo numero di geologi italiani ed europei.

L’analisi geologica di Marte

I dati disponibili da Marte stanno crescendo sia in numero che in qualità. La missione Mars Express ha fornito due strumenti principali: le stereo immagini a medio-alta risoluzione della camera HRSC e le mappe mineralogiche a bassa risoluzione di OMEGA. Questi dati accoppiati sono fondamentali per una completa analisi geologica. Immagini ad alta risoluzione (in bianco e nero e non-stereo) della camera MOC a bordo della missione Mars Global Surveyor possono fornire dettagli dove l’HRSC non mostra dati a quella risoluzione. Questi dati permettono un analisi di dettaglio che avvicina quella dell’analisi terrestre di campagna e formano la base per la programmazione delle missioni future. I nuovi datasets forniscono anche i vincoli per la ricostruzione della geologia e dell’evoluzione geologica di Marte. Sono stati proposti molti modelli per la geologia di Marte in passato e questi sono tuttora investigati. Questi modelli spaziano tra una varietà di ipotesi e la loro incertezza è grande a seguito del piccolo ammontare di dati reali su cui sono basati.

I dati che Mars Express continua a mandare sono estremamente utili perché possono essere usati per dettagliate ricostruzioni geologiche che permettono la sostituzione dei modelli basati sulle teorie con pochi dati con la vera e dettagliata interpretazione geologica dei dati. A seguito dell’identificazione dei solfati sulla superficie marziana si sono susseguiti svariati modelli proposti per la loro formazione. Questi modelli, comunque, sono basati su un relativo piccolo ammontare di dati e, perlopiù, non c’è un analisi dell’assetto geologico. Anche dopo una preliminare analisi dei dati HRSC interfacciati con quelli di OMEGA, è chiaro che i solfati sono stati deposti in ambienti piuttosto differenti. Quindi, un singolo modello non può spiegare tutta la casistica riscontrata. Per capire il significato geologico dei depositi è richiesta una esaustiva analisi del contesto geologico. Questa analisi non può essere realizzata con un solo strumento, ma deve essere il risultato della co-analisi di differenti datasets. I laboratori coinvolti in questo progetto sono in buona posizione per realizzare questa analisi. Il PI di questo progetto, che coordina i cinque laboratori coinvolti, è sia Co-I della camera tedesca HRSC e anche Interdisciplinary Scientist della missione Mars Express come incaricato dell’analisi geologica. Quindi, attraverso il PI, i teams avranno accesso ai dati più importanti, come HRSC e OMEGA. In più, il PI di questo progetto è anche Co-I del radar MARSIS. Il radar sta fornendo i primi dati del sottosuolo di Marte. Se i team avranno bisogno delle informazioni di sottosuolo delle aree studiate, i dati del radar saranno resi disponibili, e così anche gli strumenti per processarli e interpretarli.

Questo progetto riflette l’interesse della comunità geologica italiana verso l’esplorazione del sistema solare. Questo interesse coincide anche con il coinvolgimento dell’Agenzia Spaziale Italiana verso l’esplorazione dei corpi terrestri del sistema solare. La comunità geologica può giocare un ruolo di primo piano nell’esplorazione planetaria se questa sarà in grado di affrontare la sfida insita in questa affascinante attività. <<<