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Marte: acqua sul pianeta rosso
Di Carla (del 22/11/2017 @ 09:30:00, in Scienza, linkato 2054 volte)

Una delle prime cose di cui abbiamo bisogno per colonizzare Marte è l’acqua. Come sappiamo, l’acqua è essenziale per la vita come noi la conosciamo. In media una persona è costituita per il 65% da acqua e tutti i processi biologici utilizzano l’acqua come solvente.
Perché proprio l’acqua?
 
Immagine di HeNRyKusNon è un caso che l’acqua sia diventata la sostanza alla base della vita. L’acqua, tanto per iniziare, ha la particolare caratteristica di trovarsi in forma liquida all’interno di un intervallo di temperature molto elevato (dai 0 ai 100°C) a una pressione pari a 1 atmosfera. Il punto di ebollizione dell’acqua è molto più elevato di quello di altre sostanze con una massa simile e questa differenza, che la rende così importante, è dovuta alla sua struttura chimica.
 
È una molecola costituita da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno (H2O). I due atomi di idrogeno solo legati entrambi all’unico atomo di ossigeno in modo tale che gli elettroni non sono distribuiti in maniera uguale tra gli atomi. Gli atomi di idrogeno, infatti, presentano una piccola carica positiva, mentre l’atomo di ossigeno ha una piccola carica negativa. Questa polarità fa sì che si creino dei legami (chiamati legami a idrogeno) tra gli atomi di molecole diverse.
I legami a idrogeno non sono tanto forti, ma lo sono abbastanza da tenere le molecole vicine anche a temperature elevate, rendendo l’acqua poco volatile.
Oltre essere la causa dell’elevata temperatura di ebollizione dell’acqua, i legami a idrogeno determinano la disposizione ordinata delle molecole nello stato solido, che risulta essere meno denso di quello liquido. Per questo motivo il ghiaccio galleggia sull’acqua e fa sì che la vita sia possibile al di sotto di esso.
Tutto questo discorso vale sulla Terra, a una pressione di 1 atmosfera o 1013 millibar.
 
NASA Planetary Science
 
E su Marte?
Sappiamo che in passato Marte aveva oceani, laghi e fiumi. Abbiamo le prove geologiche del passaggio e della presenza dell’acqua. Ciò era reso possibile dalla presenza di un’atmosfera molto più spessa di quella attuale e, di conseguenza, di temperature più elevate (immagine sopra: confronto tra Marte oggi e in passato; fare clic sull’immagine per guardare il video di NASA Planetary Science).
Al giorno d’oggi (e da qualche miliardo di anni), come vi ho raccontato nell’articolo precedente, la pressione sulla superficie di Marte oscilla tra i 6 e gli 11 millibar. In questa condizione anche all’equatore, dove la temperatura può raggiungere i 15-20°C, l’acqua non può esistere allo stato liquido, poiché il suo punto di ebollizione è inferiore a questi valori. Ciò fa sì che questa sostanza essenziale per la vita si trovi solo allo stato solido oppure a quello gassoso.
È stato scoperto recentemente che durante l’estate marziana si formano in alcune aree, in corrispondenza di pendii, delle linee scure ricorrenti (individuate dalla fotocamera HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter della NASA; foto sotto: linee ricorrenti in Juventae Chasma, NASA/JPL), che sono state attribuite alla presenza di acqua che, dalle profondità del terreno, emerge e si scioglie. Di fatto quest’acqua riesce a trovarsi (forse) in forma liquida solo perché è ricca di sali che ne innalzano il punto di ebollizione. Ma pare anche che la presenza in questo stato sia solo transitoria e caratterizzata dal suo successivo passaggio allo stato gassoso, e che le linee ricorrenti siano di fatto provocate dallo spostamento di materiale granuloso.
Perciò pensare di andare a raccogliere acqua da questi ruscelli temporanei è fuori discussione.
 
NASA/JPL
 
Su Marte, comunque, ci sono delle fonti ben più evidenti di acqua: il ghiaccio delle calotte polari. Ciò è particolarmente vero per il polo nord (foto sotto: calotta del polo nord di Marte vista da HiRISE/NASA), dove il ghiaccio d’acqua è facilmente raggiungibile, mentre al polo sud questo è intrappolato sotto una calotta di ghiaccio secco (anidride carbonica solida).
In teoria potremmo andare a prendere l’acqua al polo nord di Marte, ma ciò non sarebbe pratico se decidessimo di costruire una colonia umana in altri luoghi del pianeta, con un clima più mite e con un’esposizione più regolare ai raggi solari (che potrebbero tornarci utili per produrre energia).
 
NASA/JPL
 
Secondo varie ricerche, pare che notevoli quantità di ghiaccio siano presenti anche a latitudini più basse, ma in profondità. Se si riuscisse a individuare uno di questi depositi, sarebbe un’ottima idea stabilirsi sopra di esso ed estrarre ghiaccio d’acqua dal sottosuolo.
Inoltre, non è del tutto da escludere l’idea che nel sottosuolo si creino delle condizioni di pressione e temperatura tali da permettere l’esistenza di acqua liquida, magari termale (una teoria che compare spesso nella narrativa di fantascienza e che ho usato anch’io in “Deserto rosso” e in “Ophir. Codice vivente”), ma non è affatto semplice trovarla.

IMPORTANTE AGGIUNTA DEL 2019. Nel luglio 2018 è stata annunciata la scoperta di un lago subglaciale di acqua liquida (soluzione acquosa di sali) vicino al polo sud marziano, grazie al lavoro svolto da un team di ricerca italiano, capeggiato da Roberto Orosei, con lo strumento MARSIS, che si trova a bordo dell’orbiter dell’ESA Mars Express. Per maggiori informazioni è possibile leggere e seguire i link in questo articolo.
 
NASA/JPLIn realtà esiste però una grande quantità di acqua diffusa su tutto il pianeta, sebbene a basse concentrazioni, intrappolata in forma solida o parzialmente liquida (in presenza di sali) nelle rocce e nel terreno, in particolare nella regolite (lo strato più superficiale costituito da sabbia, polvere, piccole pietre; nella foto: particolare della sabbia di Marte ripreso dal rover Curiosity, NASA/JPL).
E (come ho scritto in “Deserto rosso”) è assolutamente possibile estrarre l’acqua da questo materiale. Prima di tutto lo si deve raccogliere e portare in un ambiente chiuso con una pressione simile a quella terrestre, in cui l’acqua può esistere allo stato liquido. Quindi lo si scalda prima per scioglierla e poi per farla evaporare. Il vapore viene quindi separato e poi condensato. In pratica l’acqua verrebbe separata dalla regolite tramite distillazione.
Questa conterrà ancora numerose sostanze tossiche, che possono essere eliminate tramite un processo di purificazione. L’acqua viene fatta passare attraverso una resina a scambio ionico (una tecnologia già usata per addolcire le acque dure), in cui queste sostanze vengono sostituite con altre non pericolose, come il sodio.
 
Come potete vedere, si tratta di tecnologie esistenti e relativamente semplici da applicare. L’unico problema è che richiedono una notevole quantità di energia, visto il notevole fabbisogno d’acqua dei colonizzatori.
Infatti, un essere umano assume in varie forme più di due litri d’acqua al giorno, inoltre ha bisogno di acqua per l’igiene personale. Ma c’è anche da considerare che consuma tanta acqua quanta ne perde. Per questo motivo è possibile controllare i consumi di acqua tramite l’implementazione di tecnologie che ne consentano il riciclo completo (o quasi), come quelle tuttora utilizzate sulla Stazione Spaziale Internazionale.
Il riciclo è possibile grazie alla cattura del vapore acqueo che si concentra nell’aria all’interno dell’habitat e di quello recuperato dalle tute spaziali dopo l’uso, cui si aggiungono tutte le acque usate. Tutta l’acqua raccolta viene sottoposta a filtrazione, prima per rimuove materiale solido e particolato, poi impurità organiche e inorganiche, infine subisce un’ossidazione catalitica,che elimina composti organici volativi e tutti i microrganismi.
 
Tutto questo, manco a dirlo, richiede altra energia. E proprio di come produrre energia su Marte parlerò nel prossimo articolo.
 

Tutte le foto di Marte sono della NASA. Fate clic sulle immagini per vederle nelle dimensioni originali.

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