Una Nuova Ipotesi per Spiegare il Movimento di Masse su Callisto

Callisto è la terza più grande luna del Sistema Solare, ed è la seconda del Sistema Gioviano, dopo Ganimede. Ma più che la sua grandezza, quello che è molto intrigante per gli astronomi è la sua composizione interna e la storia della sua evoluzione geologica. Questo perché Callisto, sotto tanti aspetti, sembra essere molto diversa da tutte le altre lune simili. Uno dei misteri maggiori che riguarda la sua geologia è la presenza di movimenti di masse di terreno molto maggiori di quanto visto altrove, e anche di un notevole degrado della superficie. Anche se l'altissima frequenza di impatti deve aver giocato un ruolo in questo degrado, così come anche la formazione di regolite, secondo i modelli questi processi dovevano aver giocato un ruolo non maggiore di quello visto su altri corpi del sistema gioviano, come Ganimede. Invece nel caso di Callisto è chiaro che c'è qualche altro processo sconosciuto in atto, che muove il terreno. Recentemente, un gruppo di scienziati ha proposto una nuova ipotesi per spiegare queste apparenti anomalie.
 

 

 

Molto probabilmente, quello che fa muovere le masse è un processo legato alla sublimazione di elementi molto volatili, insieme a processi di dispersione di massa. Un precedente studio, del 1999 (Moore et al.) concludeva che la portata del degrado visto in superficie indica che in gioco c'è un ghiaccio più volatile del H2O, ed il candidato principale è la Co2.
Per adesso sono stati proposti due principali meccanismi: il primo riguarda un'eccesso di "infusione" delle scarpate tramite i continui processi della sublimazione dei gas sotto, e la loro erosione. Il secondo invece riguarda l'attività sismica. Questi due fenomeni potrebbero anche co-esistere per dar vita ai movimenti di masse.

Ma adesso arriva una possibile terza ipotesi. "In questa pubblicazione proponiamo un differente meccanismo per cui si può venire a creare l'instabilità nelle scarpate: questo può avvenire tramite la condensazione di ghiaccio di CO2 che si accumula nello spazio poroso vicino alla superficie, nelle pareti interne più fredde dei crateri d'impatto. La fonte di questo ghiaccio è un flusso di vapore di CO2 che viene spinto verso l'alto da un gradiente geotermico, attraverso un megaregolite poroso che contiene una certa frazione di ghiaccio di CO2 nelle profondità. In base a precedenti lavori teorici riguardo al ghiaccio presente nelle profondità di Marte, riteniamo che questo ghiaccio di CO2 presente nelle profondità, potrebbe essersi sviluppato con una distribuzione particolarmente verticale, a cui ci riferiamo con il nome Ghiaccio "Steady-State Pore" (SSP)." spiegano gli scienziati nella loro pubblicazione.

La superficie di Callisto è tra le più ricche di crateri di tutto il Sistema Solare, ed è anche una delle più antiche. Data anche la sua dimensione, Callisto riesce a trattenere anche una sottile atmosfera, che è composta per la maggior parte di anidride carbonica (CO2) ed ossigeno molecolare. La crosta è principalmente composta da ghiaccio d'acqua, ma sotto nelle profondità, si pensa ci sia un oceano liquido spesso dai 50 ai 200 km. La presenza di quest'ultimo riguarda le anomalie circa la propagazione delle linee dei campi magnetici, attraverso la luna. Simili anomalie si riscontrano anche nel caso di Ganimede e specialmente Europa.

Parlando del Ghiaccio SSP, il team spiega anche come può essere possibile che si trovi in un equilibrio dinamico. Perché sia possibile servono queste condizioni:

- un regolite permeabile e poroso
- un serbatoio di di volatili (ghiaccio o liquido) entro o poco sotto la regolite
- Un gradiente di temperatura
- Una superficie dove il ghiaccio non è termicamente stabile su una scala regionale (>10 km).

L'idea che un ghiaccio SSP possa esistere fu esposta per la prima volta da uno studio fatto da Clifford (1993), riguardo all'idrologia presente sotto la superficie di Marte. Ma il primo modello esplicito, con tanto di analisi teorica del fenomeno, fu presentato in Melon et al. (1997). I ricercatori avevano mostrato in quell'analisi che la dove o quando il ghiaccio terreno viene colpito da lunghi periodi di sublimazione e perdita diffusa, la tavola di ghiaccio (il livello meno profondo dove qualsiasi ghiaccio poroso può esistere) non continuerà a recedere per sempre.

      Possibile evoluzione del ghiaccio di CO2 sotto la superficie di Callisto, assumendo un volume iniziale di 10% e due differenti valori nel caso del ghiaccio di CO2 non poro poroso. Una lastra di ghiaccio non poroso si ritirerebbe velocemente dalla sua profondità iniziale di 1 metro fino a profondità maggiori, dove si formerebbe la lastra di ghiaccio SSP (mostrata qui sopra in linee tratteggiate), dopo di che la sua velocità massima di ritirata è controllata dalle condizioni a quelle profondità, che aumenta anche con il tempo per via di un declino interiore del flusso di calore (funzione mostrata nell'ultimo grafico). Notiamo che il flusso di vapore di CO2 previsto per oggi è vicino al valore minimo di 1E-7 kg/m^2/annuo, richiesto per mantenere l'atmosfera di CO2 che è osservata intorno a Callisto. Credit: Stephen Wood/Jeffrey M. Moore/Kristin L. Ivarson/Iryna Danilina/Molly Johnson     

E se da una parte il gradiente geotermico continuerà a spingere il vapore verso la superficie, oltre ad un certo punto inizierà a ri-condensarsi in zone meno profonde e persisterà nella regolite come ghiaccio all'interno dello spazio porroso, fintanto che c'è una fonte di vapore sotto.

Una delle ragioni per cui il team di scienziati che ha presentato questa nuova ipotesi, ritiene che è importante considerare la presenza del ghiaccio SSP, è perché una volta che si sviluppa lo strato di ghiaccio ri-condensato, esso determina e tiene costante la velocità di perdita di volatili presenti sotto di esso.

 

Ipotetico scenario per l'evoluzione di un cedimento del terreno dovuto all'accumulazione localizzata di ghiaccio di CO2 vicino alla superficie, sui bordi interni di un cratere d'impatto. Il n ero segna le superficie coperte da polvere scura (bianca per il ghiaccio) e accanto sono indicate le temperature medie sulla superficie. La linea verde tratteggiata invece è la lastra di CO2 SSP. Le frecce verdi rappresentano il flusso del vapore di CO2, mentre le frecce gialle indicano dove scivola il terreno. NEL CASO (A): La brina di CO2 si forma in cima al bordo del cratere, abbassando la temperatura media ed aumentando la lastra di ghiaccio SSP. I muri interni del cratere sono favoriti perché più freddi, perché meno esposti al Sole. NEL CASO (B): La brina d'acqua può accumularsi nelle zone più oscurate dei crateri e questo aumenta l'albedo, cioè la riflettività, abbassando quindi la temperatura media e permettendo (da -75 Kelvin in giù) la formazione di ghiaccio di CO2. La compressione locale di isotermi può anche concentrare un aumento nel flusso di vapore verso queste zone. L'aumento di ghiaccio di CO2 nello spazio porroso porta infine a cedimenti di terreno quindi a movimenti di masse. Credit:Stephen E. Wood et al.     

Quello che secondo questi scienziati si vene a creare è un feedback negativo in grado di mantenere un costante flusso di vpaore nel ghiaccio poroso, che aumenta gradualmente verso il basso ma rimane costante nel tempo fintanto che il vapore viene rifornito da sotto.
Purtroppo non abbiamo una conoscenza precisa riguardo a quanto calore può provenire dall'interno di Callisto e quindi il team usa delle stime che potrebbero essere compatibili con la teoria esposta.

In conclusione "Il comportamento e le condizioni richieste per la formazione di Ghiaccio SSP, potrebbero applicarsi regionalmente su Callisto, ma perturbazioni su piccola scala nella temperatura della superficie, potrebbero avere significativi effetti sull'evoluzione del paesaggio, come descritto nella figura sopra.

Alla ricerca hanno partecipato Stephen E. Wood, come autore principale, poi Jeffrey M. Moore, Kristin L. Ivarson, Iryna Danilina e Molly Johnson.
La nuova ipotesi è stata presentata durante la 43esima Conferenza delle Scienze Lunari e Planetarie (2012) ed è ancora in fase di dibattito all'interno della comunità scientifica.
Con l'arrivo della nuova missione dell'ESA, JUICE, che sorvolerà da vicino il pianeta, con una camera molto più avanzata e con tanti nuovi strumenti di indagine, sarà possibile determinare meglio quale delle ipotesi presentate fino ad ora è la più valida.

http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2012/pdf/2901.pdf