Abstract

L’articolo Criovulcanesimo: Eruzioni Gelate,  di Valentina Galluzzi dell’INAF, ci porta in un viaggio affascinante attraverso un fenomeno geologico fuori dal comune: il criovulcanesimo, ovvero le “eruzioni fredde”. Mentre il vulcanesimo terrestre coinvolge magma incandescente, il criovulcanesimo avviene su corpi ghiacciati del Sistema Solare, dove l’acqua, il metano e altre sostanze “criomagmatiche” eruttano a temperature bassissime. Un fenomeno controintuitivo e affascinante, che ha lasciato tracce evidenti su oggetti come Cerere, Europa e Encelado. L’articolo esplora in dettaglio queste eruzioni gelate, analizzando come geyser di vapore acqueo e colate di ghiaccio possano modellare paesaggi alieni e offrire indizi sulla possibile esistenza di vita extraterrestre. Se sei incuriosito da un fenomeno così insolito, dove il gelo prende il posto del fuoco, questo articolo ti sorprenderà e ti inviterà a scoprire di più sulle misteriose profondità del nostro Sistema Solare.

Cosa si Intende per Criovulcanesimo

Spesso utilizziamo la Terra ed i suoi fenomeni geologici come analogo fondamentale per la comprensione dei fenomeni osservabili su superfici planetarie extra-terrestri. Esiste però un fenomeno geologico extra-terrestre che è quanto di più controintuitivo si possa immaginare e che difficilmente trova qualcosa di comparabile sul nostro pianeta: il criovulcanesimo. Mentre il vulcanesimo tradizionale sula Terra comporta l’eruzione di roccia fusa (magma) ed è quindi la conseguenza di un magmatismo silicatico, il criovulcanesimo comporta l’eruzione di sostanze come acqua, ammoniaca, metano o altro “criomagma” (materiale fuso freddo) a temperature molto più basse su corpi ghiacciati del Sistema Solare, in particolare, quello esterno. Come noto, infatti, il Sistema Solare esterno è particolarmente ricco di queste sostanze in quanto la distanza dal Sole, non solo ha comportato il concentramento dei composti più leggeri (detti appunto “volatili”, cioè che sfuggono facilmente alla gravità), ma ne ha causato anche il raffreddamento ed il congelamento. Pertanto, ne deriva che il criovulcanesimo ed il criomagmatismo sono fenomeni derivanti dalla mobilitazione e dalla migrazione dei fluidi generati nel sottosuolo dei corpi ghiacciati. L’energia che alimenta il criovulcanesimo, cioè che fonde parzialmente i gusci ghiacciati dei corpi planetari freddi, può provenire da diverse fonti, tra cui il calore interno del corpo celeste, le forze mareali esercitate da altri corpi, o dalla collisione con altri oggetti (craterizzazione). Le eruzioni fredde dei criovulcani possono formare geyser, colate di ghiaccio e deposizioni di brine e rappresentano un fenomeno importante che può aiutare a fornire indizi sulla possibile presenza di vita o materiale organico in ambienti estremi. Tra i vari corpi che mostrano criovulcanesimo, degni di nota sono il pianeta nano Cerere e le lune ghiacciate Europa (Giove) ed Encelado (Saturno). Il criovulcanesimo svolge un ruolo cruciale nel modellare le superfici di questi corpi ghiacciati e i materiali espulsi contribuiscono alla formazione e alla modifica dei loro paesaggi, un po’ come è stato sulla Terra con il magmatismo, in particolare durante i suoi primi stadi evolutivi. Vediamoli quindi più da vicino.

Le faculae di Cerere

Cerere, pianeta nano, è il più grande oggetto della fascia di asteroidi tra Marte e Giove. La sonda Dawn della NASA, che ha orbitato intorno ad esso dal 2015 al 2018, ha fornito dati ed immagini preziose che accennavano alla presenza di aree localizzate molto chiare e luminose rispetto al resto della superficie, denominate faculae (parola latina per “torcia”, “punto luminoso”). Ad oggi, sono state individuate più di 300 faculae (vedi Stein et al., 2019), ognuna con caratteristiche diverse, ma le più peculiari sono ormai interpretate come fenomeni criovulcanici. Cerealia Facula e le Vinalia Faculae ad esempio, si trovano sul fondo del cratere Occator (fig. 1).

In questo caso, la craterizzazione ha causato la fratturazione della crosta di Cerere rendendola così permeabile alla risalita di fluidi generati dall’energia dell’impatto stesso. Le formazioni bianche visibili dentro Occator sono quindi il probabile risultato di eruzioni e colate fredde di materiali ricchi in acqua mista a sali e silicati (fig. 2). L’ARTICOLO COMPLETO è riservato agli abbonati alla versione digitale. Per sottoscrivere l’abbonamento Clicca qui. Se sei già abbonato accedi al tuo account dall’Area Riservata [swpm_protected for=”3″]

Nell’emisfero sud, ma sempre in fascia sub-equatoriale come Occator, troviamo invece Ahuna Mons, un monte di ben 5 km di altezza (ad es., il Monte Bianco se fosse osservato direttamente dal livello del mare). L’interesse verso Ahuna Mons è cresciuto per via del fatto che questa morfo-struttura così peculiare (fig. 3) non è collocata all’interno di alcun cratere. Sebbene non si possa comprovare la sua totale indipendenza dalla frattura generata dagli impatti circostanti (o antipodali, come alcuni gruppi di ricerca suggeriscono), Ahuna Mons rimane quanto di più simile ad una struttura vulcanica indipendente, ad oggi interpretata come duomo formato da un’eruzione di fanghi freddi (vedi Ruesch et al., 2019). Per pura curiosità, citiamo il fatto che il termine facula non è esclusivo di Cerere. Con la stessa terminologia vengono chiamate delle località molto luminose su Mercurio, tendenzialmente arancioni, ma che sono credute essere l’espressione superficiale di depositi piroclastici. Quindi, sempre attività vulcanica, ma in questo caso silicatica ed esplosiva!

Europa: criovulcanesimo e criotettonica

Passiamo da un corpo scuro come Cerere (albedo media circa 10%), dove le faculae appena descritte sono ben visibili (albedo circa 60-80%), ad un corpo molto chiaro (albedo circa 50-70%), dove l’evidenza del criovulcanesimo non è più localizzata, bensì un fenomeno globale (fig. 4).

Europa, il più piccolo dei satelliti Galileiani di Giove ha gli occhi di ESA e NASA puntati addosso. Potrebbe rappresentare infatti un’importante frontiera per l’esplorazione astrobiologica. Grazie ai dati provenienti dalle vecchie missioni Galileo e Voyager della NASA, infatti, oggi si pensa che Europa abbia un oceano sotterraneo sotto la sua “crosta” ghiacciata, mantenuto liquido grazie alle fortissime forze mareali esercitate da Giove. Questo oceano è considerato uno degli ambienti più promettenti per potenziale vita extra-terrestre. L’esistenza dell’oceano è supportata non solo da modelli geofisici, ma anche dall’osservazione di caratteristiche superficiali, tra cui fessure e creste, che suggeriscono attività tettonica relativamente recente e la possibilità di sfogo di acqua salmastra, proveniente dal sottosuolo, attraverso criovulcanesimo effusivo (fig. 5). Simili formazioni sono visibili anche su Ganimede, la più grande luna Galileiana di Giove, ma appartenenti a tempi più remoti, ormai degradate ed estinte (fig. 5).

Recenti indagini incrociate tra i dati della sonda Galileo e del telescopio spaziale Hubble, riportano la possibile presenza di emanazioni di geyser d’acqua provenienti dalla crosta di Europa (Roth et al., 2014). Quindi, i fenomeni criovulcanici potrebbero essere ancora in atto. La comprensione del criovulcanesimo su Europa è fondamentale non solo per decifrare la storia geologica della luna, ma anche per valutarne la potenziale abitabilità. L’oceano sotterraneo ed i processi associati al criovulcanesimo rendono Europa un obiettivo interessante per l’esplorazione futura e la ricerca di vita extra-terrestre. La sonda NASA Europa Clipper che verrà lanciata ad ottobre di quest’anno è finalizzata ad investigare a fondo questa possibilità (al suo arrivo al satellite nel 2030). Ulteriori informazioni potrebbero arrivare anche dalla sonda ESA Juice, già in viaggio verso i satelliti Galileiani, che effettuerà numerosi flyby delle lune ghiacciate di Giove tra il 2031 ed il 2034, prima di mettersi definitivamente in orbita attorno a Ganimede a fine 2034.

Encelado: la tigre di ghiaccio

Se esiste ancora qualche dubbio sulla possibilità che Europa stia attualmente emanando getti d’acqua sotto forma di geyser, tali dubbi sono stati totalmente estinti per Encelado. Nel 2005, la sonda NASA/ESA/ASI Cassini ha osservato direttamente geyser attivi provenire dalla superficie della luna ghiacciata di Saturno (fig. 6). I geyser su Encelado emettono vapor acqueo, particelle di ghiaccio e altri composti volatili dai serbatoi del sottosuolo, indicando la chiara presenza di criovulcanesimo ancora attivo. Queste fuoriuscite sono concentrate in una regione all’emisfero sud della luna ghiacciata e hanno un contenuto significativo di anidride carbonica e metano. Questa regione è caratterizzata da delle striature dal tipico colore blu, denominate tiger stripes lungo le quali avverrebbero le emissioni dei geyser (fig. 7). Questa scoperta, rende Encelado uno dei pochissimi corpi del Sistema Solare dove sia stata mai rilevata attività geologica evidente in atto, per la precisione tre in totale. Gli altri due sono l’unica luna Galileiana a composizione interamente silicatica di Giove, Io, con i suoi numerosi vulcani attivi e, ovviamente, la Terra.

È curioso pensare come di questi tre corpi inequivocabilmente attivi, nessuno assomigli all’altro. La Terra presenta vulcanesimo esclusivamente silicatico e, per contro, Encelado mostra esclusivamente criovulcanesimo. La stessa certezza non la si può avere per Io, dove, certamente il vulcanesimo è di tipo silicatico, ma la presenza di criovulcanesimo non è ancora del tutto esclusa, viste le temperature molto fredde in superficie (e le nevicate di anidride solforosa!). Ancora una volta questo ci insegna come l’investigazione geologica non sia mai banale o da ritenersi confinata alla Terra. La comparazione di sistemi planetari totalmente diversi tra loro è la chiave per la comprensione della nostra stessa esistenza.

Bibliografia

Roth, L., Saur, J., Retherford, K. D., Strobel, D. F., Feldman, P. D., McGrath, M. A., & Nimmo, F. (2014). Transient water vapor at Europa’s south pole. science, 343(6167), 171-174. Ruesch, O., Genova, A., Neumann, W., Quick, L. C., Castillo-Rogez, J. C., Raymond, C. A., … & Zuber, M. T. (2019). Slurry extrusion on Ceres from a convective mud-bearing mantle. Nature Geoscience, 12(7), 505-509. Schenk, P., Sizemore, H., Schmidt, B., Castillo-Rogez, J., De Sanctis, M., Bowling, T., … & Dawn Science Team. (2019). The central pit and dome at Cerealia Facula bright deposit and floor deposits in Occator crater, Ceres: morphology, comparisons and formation. Icarus, 320, 159-187. Stein, N. T., Ehlmann, B. L., Palomba, E., De Sanctis, M. C., Nathues, A., Hiesinger, H., … & Russell, C. T. (2019). The formation and evolution of bright spots on Ceres. Icarus, 320, 188-201. [/swpm_protected] L’articolo è pubblicato in COELUM 267 VERSIONE CARTACEA