Alcuni vulcani possono produrre eruzioni così potenti da rilasciare oceani di polvere e gas tossici nell'aria, bloccando la luce solare e modificando il clima di un pianeta per decenni. Emettendo vapore acqueo, anidride carbonica e anidride solforosa nell'aria, queste esplosioni hanno dominato la superficie marziana per un periodo di 500 milioni di anni, circa 4 miliardi di anni fa. Le scoperte sono state pubblicate sulla rivista Geophysical Research Letters.

"Ognuna di queste eruzioni ha avuto un impatto climatico significativo: forse il gas rilasciato ha reso l'atmosfera più spessa o ha bloccato il Sole e ha reso l'atmosfera più fredda", ha detto Patrick Whelley, geologo del Goddard Space Flight Center della NASA che ha condotto lo studio. Ora, "i modellisti del clima marziano avranno del lavoro da fare per cercare di capire l'impatto dei vulcani".

Dopo aver fatto esplodere l'equivalente di 400 milioni di piscine olimpioniche di roccia fusa e gas attraverso la superficie e aver diffuso una spessa coltre di cenere fino a migliaia di chilometri dal luogo dell'eruzione, un grande vulcano collassa in un buco gigante chiamato caldera. Le caldere, che esistono anche sulla Terra, possono essere larghe decine di chilometri. In Arabia Terra ne sono state identificate sette, a testimonianza che nella zona erano presenti vulcani capaci di super eruzioni.

Perché le caldere sono state scoperte solo ora?

Un tempo erano ritenute depressioni lasciate dagli impatti di asteroidi, miliardi di anni fa, sulla superficie marziana. Gli scienziati hanno proposto che fossero caldere vulcaniche, per la prima volta, nel 2013. Notarono che non erano perfettamente rotonde come i crateri e presentavano alcuni segni di crollo, pavimenti molto profondi e banchi di roccia vicino alle pareti. Quando Whelley è venuto a conoscenza di quel documento ha deciso di cercare la cenere come prova: un'evidenza che "non si può nascondere", ha detto. Il suo team ha quindi iniziato una collaborazione con Alexandra Matiella Novak, una vulcanologa del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory nel Maryland, che già stava cercando cenere su Marte attraverso i dati del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) della NASA.

L'analisi del team ha fatto seguito al lavoro di altri scienziati che in precedenza avevano suggerito che i minerali sulla superficie dell'Arabia Terra fossero di origine vulcanica. Un altro gruppo di ricerca, dopo aver appreso che i bacini in quella regione potevano essere caldere, ha calcolato dove si sarebbe depositata la cenere di possibili super eruzioni.

Gli scienziati hanno quindi utilizzato le immagini del Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer di MRO per identificare i minerali sulla superficie.
Guardando nelle pareti di canyon e crateri da centinaia a migliaia di chilometri dalle caldere, dove la cenere sarebbe stata trasportata dal vento, identificando quei minerali vulcanici trasformati in argilla dall'acqua, tra cui montmorillonite, imogolite e allofane.

Sovrapponendo i dati minerali alle mappe 3D della zona ricostruite grazie alle immagini ad alta definizione delle fotocamere di MRO, sono stati scoperti depositi in cui gli strati di cenere erano molto ben conservati e delineati come se fosse una stratigrafia fresca.

Migliaia super eruzioni e 400 milioni di piscine olimpioniche di roccia fusa

Lo stesso gruppo di scienziati che aveva proposto le caldere nel 2013, ha calcolato quanto materiale sarebbe esploso dai vulcani, in base al volume di ciascuna caldera. Queste informazioni hanno permesso a Whelley e colleghi di calcolare il numero di eruzioni necessarie per produrre lo spessore di cenere trovato. Si è scoperto che ci sono state migliaia di eruzioni, ha detto Whelley.

Una concentrazione di super vulcani

Quello che è poco chiaro è come un pianeta possa avere un solo tipo di vulcano concentrato in una regione.
Sulla Terra i vulcani capaci di super eruzioni, la più recente eruttata 76.000 anni fa a Sumatra, in Indonesia, sono sparsi in tutto il mondo e, nelle stesse aree, esistono altri tipi di vulcani.
Anche Marte ha molti altri tipi di vulcani, incluso il più grande del Sistema Solare chiamato Olympus Mons. L'Olympus Mons è 100 volte più grande in volume del vulcano più grande della Terra, il Mauna Loa alle Hawaii, ed è un "vulcano a scudo", in cui la lava viene drenata lungo i fianchi di una montagna in leggera pendenza. Ma Arabia Terra è finora l'unica prova di vulcani esplosivi su Marte.

È possibile che anche sulla Terra i super vulcani fossero concentrati in una zona e successivamente siano stati erosi fisicamente e chimicamente o si siano spostati con le placche continentali a causa dei movimenti tettonici. Questi tipi di vulcani esplosivi potrebbero esistere anche sulla luna di Giove Io o su Venere.
“Le persone leggeranno il nostro documento e diranno: ‘Come? Come potrebbe farlo Marte? Come può un pianeta così piccolo sciogliere abbastanza roccia da alimentare migliaia di super eruzioni in un unico luogo?'” ha detto Jacob Richardson, geologo del NASA Goddard che ha lavorato con Whelley e Novak. “Spero che queste domande portino a molte altre ricerche".