Gas emission centres on Mars surface and putative biological contribution: insights on hydrothermal fluid circulation in the upper crust

Il lavoro presentato ha lo scopo di sviluppare ed espandere l'esplorazione geologica di Marte nell’ottica di ricerca di ambienti adatti allo sviluppo della vita e, di conseguenza, centri di risalita di acqua e centri di degassamento hanno avuto un ruolo centrale nella selezione degli obiettivi di indagine. La circolazione idrotermale nella crosta marziana è tra i processi naturali caratterizzati dal coinvolgimento combinato di fluidi quali acqua e metano, definendo così un potenziale insieme di ambienti inclini alla crescita e allo sviluppo della biosfera. La circolazione di fluidi nel sottosuolo è un'area chiave nel contesto delle scienze planetarie perché essi influenzano quasi ogni proprietà fisica, chimica, meccanica e termica della crosta superiore. I sistemi idrotermali sono strettamente legati al trasporto di massa, calore, sostanze nutritive e specie chimiche nei sistemi idrogeologici, rendendo questi meccanismi centrali in campi quali il ciclo vulcano-tettonico, la biosfera profonda e il ciclo acqua / ghiaccio. Per sviluppare una nuova generazione di esplorazione planetaria che mira non solo ad analizzare e mappare le superfici dei corpi planetari diversi dalla Terra, ma anche a sondarne le profondità, nel primo capitolo testiamo con successo l'efficienza di una nuova tecnica che permette di investigare il sottosuolo partendo dalle osservazioni di superficie: l’analisi frattale. Questo metodo è stato applicato per la prima volta sulla Terra per indagare la profondità delle camere magmatiche e degli strati sorgente che alimentano vulcanesimo magmatico e vulcani di fango. Abbiamo quindi applicato questa tecnica a diverse strutture di superficie su Marte con caratteristiche morfologicamente convergenti, ma con processi di formazione molto diversi, al fine di verificare se l'analisi frattale fosse una metodologia efficiente per identificare la presenza di un sistema percolante di fratture connesse e la profondità della sorgente del materiale drenato. I risultati sono stati positivi promuovendone così l'implementazione nel processo di esplorazione planetaria. Nel secondo capitolo viene riportato il lavoro prodotto relativo all'esplorazione volto a identificare nuove regioni ad alto potenziale su Marte attraverso l'uso di analisi classiche e frattali. Poiché l'obiettivo principale del presente lavoro presentato è quello di individuare i centri di emissione legati al rilascio di acqua e metano, poniamo il nostro punto di partenza nella ricerca di campi di pitted mounds, che sono ottimi candidati per i nostri scopi. Varie aree, con grandi coperture e un contesto geologico molto diverso, hanno mostrato una relazione con sistemi di fratture connesse con estensioni fino svariati chilometri di profondità. Non solo siamo stati in grado di analizzare proficuamente aree diverse e localizzare vaste regioni ad alto interesse, ma abbiamo osservato un collegamento sistematico tra grandi campi di pitted mounds sulla superficie e l'interfaccia più superficiale tra la criosfera ricca in clatrati e l'idrosfera ipotizzata per il sottosuolo marziano, scoprendo così il ruolo chiave che i clatrati potrebbero aver avuto su Marte i un passato geologicamente recente. I risultati promettenti prodotti e mostrati nei primi due capitoli di questo lavoro hanno portato a uno spettro di domande riguardanti i processi che potrebbero essere coinvolti in questo tipo di fenomeni. Scegliamo quindi di affrontare questo argomento tramite l’interpretazione dell’assetto strutturale basato su evidenze di circolazione di fluidi, in aree in cui tali informazioni sono disponibili. Nel terzo capitolo, quindi, affrontiamo uno studio esplorativo propedeutico che ha l'obiettivo di confrontare sistemi di vene a solfati in diverse località sulla Terra con le vene a solfati affioranti nel Gale crater, che rappresentano l'unico caso di acquisizioni ravvicinate di strutture marziane che sicuramente hanno sperimentato circolazione di fluidi. Una migliore comprensione dell’assetto strutturale su porzioni della superficie marziana può portare progressivamente ad una contestualizzazione delle forze che potrebbero aver contribuito a guidare i flussi di fluido nella crosta superiore marziana e inoltre a migliorare la corrente conoscenza del sottosuolo marziano nonché all’identificazione di ambienti legati all'acqua. Nel quarto capitolo sono esposti i lavori preliminari che hanno come obiettivo quello di identificare e indagare ambienti che hanno subito la circolazione di fluidi, spina dorsale di questa tesi. Da un lato, siamo andati avanti nell'esplorazione della superficie marziana attraverso l'osservazione delle immagini a quattro colori appena acquisite della camera CaSSIS, con esiti notevoli grazie all’individuazione di creste probabilmente legate alla percolazione di fluido idrotermale e all'alterazione delle rocce incassanti. Contestualmente, abbiamo anche affrontato la questione dal lato composizionale migliorando le librerie spettrali con la produzione di firme spettrali, in lunghezze d'onda dall'ultravioletto al lontano infrarosso, di minerali appartenenti ad ambienti che, sulla Terra, sono legati alla circolazione idrotermale a bassa temperatura e di rare bio-mineralizzazioni quali le stromatoliti silicee.