Curiosity sta lavorando su Marte dal 2012, all'interno del cratere Gale. Questo è un bacino di 154 chilometri di diametro che, in passato potrebbe aver ospitato un lago profondo o un sistema di laghi.
In questi anni di missione, il rover della NASA ha trovato prove di antichi fiumi ed argille che devono essersi formate in presenza d'acqua nel corso di milioni o decine di milioni di anni. Ma alcune caratteristiche geologiche nel cratere suggeriscono che, nel storia del pianeta, il clima caldo ed umido è stato interrotto da periodi freddi e ghiacciati, confondendo gli scienziati.

"Ad un certo punto, l'ambiente superficiale di Marte deve aver subito una transizione dal caldo ed umido, al freddo e secco, come è ora. Ma esattamente quando e come è accaduto è ancora un mistero", ha affermato nella press release Heather Franz, geochimico della NASA presso il Goddard Space Flight Center a Greenbelt, nel Maryland.

Gli indizi sulla variabilità climatica sono arrivati dopo aver analizzato 13 campioni di sabbia e roccia con il Sample Analysis at Mars (SAM), il laboratorio portatile di Curiosity costituito da un gascromatografo, spettrometro di massa e spettrometro laser per analizzare i gas e i composti organici nei campioni del suolo ed atmosferici. 

Quando Curiosity ha immesso campioni di roccia e polvere prelevati sulla superficie del Pianeta Rosso all'interno del SAM, il laboratorio li ha riscaldati fino a quasi 900 gradi Celsius.
Lo strumento funziona praticamente come un piccolo forno: cuoce le "porzioni" ed analizza i gas emanati durante il processo, dando la caccia in particolare ai composti organici. Osservando le temperature a cui i gas vengono rilasciati nel corso della "cottura", gli scienziati possono risalire ai minerali che li hanno prodotti.

Tra le molecole che si formano nella suite, l'anidride carbonica (CO2) ed il carbonio sono testimoni dell'antico clima marziano.
Il carbonio, insieme all'acqua, è inoltre un elemento chiave per studiare la vita passata.
Sulla Terra, scorre continuamente attraverso l'aria, l'acqua e la superficie in un ciclo ben noto che è legato alla biologia. Ad esempio, le piante assorbono il carbonio dall'atmosfera sotto forma di CO2. In cambio, producono ossigeno che la maggior parte degli esseri viventi terrestri usa per la respirazione rilasciando, di nuovo, carbonio nell'aria, tramite l'emissione di CO2, o nella crosta terrestre quando muoiono e vengono sepolti.

Ma gli scienziati sono ora coscienti che un ciclo del carbonio esiste anche su Marte, solo ancora non è pienamente compreso. E, anche se molto diverso da quello terrestre, indica che il pianeta è un mondo dinamico 

Vari studi suggeriscono che l'atmosfera del Pianeta Rosso, contenente principalmente anidride carbonica, fosse più spessa in passato. Molta deve essere andata persa nello spazio ma in parte potrebbe essere rimasta immagazzinata nelle rocce sulla superficie, in particolare sotto forma di carbonati. Questi sono minerali costituiti da carbonio e ossigeno. Sulla Terra, vengono prodotti quando la CO2 dall'aria viene assorbita dagli oceani o da altri bacini idrici e, quindi, mineralizzata nelle rocce. Lo stesso processo potrebbe essere accaduto su Marte e, in parte, potrebbe spiegare dove sia finita l'atmosfera, oggi più sottile e rarefatta.

Tuttavia, le missioni robotiche, finora, non hanno trovato abbastanza carbonati in superficie per sostenere questa teoria. I pochi carbonati identificati dal SAM, però, hanno rivelato comunque qualcosa di molto interessante sul clima marziano, attraverso gli isotopi di carbonio ed ossigeno in essi contenuti.
Gli isotopi sono varianti dello stesso elemento con differenti pesi atomici. Questi vengono usati in vari processi chimici, dalla formazione rocciosa all'attività biologica, in proporzioni diverse. Di conseguenza, i cosiddetti rapporti isotopici, tra elementi pesanti e leggeri, in un campione di roccia, forniscono indizi su come questa si sia formata.

In alcuni dei carbonati trovati da SAM, gli scienziati hanno notato che gli isotopi dell'ossigeno erano più leggeri di quelli presenti nell'atmosfera marziana. Quindi, non potevano provenire dall'aria di Marte perché per rimanere fissati nel suolo sarebbero dovuti essere più pesanti. Però, è possibile che i carbonati si siano formati molto presto nella storia del pianeta, quando la composizione atmosferica era un po diversa da quella odierna, oppure Franz e colleghi suggeriscono che i carbonati potrebbero essersi formati in un lago ghiacciato. In questo caso, il ghiaccio avrebbe fatto da trappola per gli isotopi di ossigeno pesanti, lasciando i più leggeri per la formazione successiva dei carbonati.

Quindi, dov'è tutto il carbonio?
"La bassa abbondanza di carbonati su Marte è sconcertante", affermano gli scienziati: forse la prima atmosfera di Marte era più sottile del previsto, o forse qualcos'altro sta immagazzinando il carbonio atmosferico mancante.

Nella ricerca pubblicata su Nature Astronomy, il team suggerisce che parte del carbonio potrebbe essere finito in altri minerali, come gli ossalati, che immagazzinano carbonio e ossigeno in una struttura diversa rispetto ai carbonati. La loro ipotesi si basa sui diversi rapporti isotopici tra carbonio ed ossigeno e sulle temperature a cui è stata rilasciata CO2 da alcuni campioni all'interno del SAM, troppo bassa per i carbonati ma giusta per gli ossalati, .

Sulla Terra, gli ossalati sono il tipo più comune di minerale organico prodotto dalle piante (li produciamo anche noi, solo in forma più dolorosa... vedi i calcoli renali! N.d.A.). Ma possono formarsi anche senza biologia attraverso l'interazione della CO2 atmosferica con minerali di superficie, acqua e luce solare, in un processo noto come fotosintesi abiotica. Questo tipo di chimica è difficile da trovare sulla Terra perché qui c'è vita in abbondanza, tuttavia gli scienziati sperano di ricrearla in laboratorio per verificare può essere stata effettivamente responsabile dei risultati che vediamo su Marte.

In ogni caso, Franz ed il suo team sperano di poter studiare la polvere e le rocce marziane provenienti da vari luoghi sul pianeta, per capire se questi dati riguardano solo il cratere Gale o riflettono un quadro globale. Un giorno potrebbero avere la possibilità di farlo: il rover Perseverance della NASA, che partirà tra luglio ed agosto di quest'anno, impacchetterà dei campioni del cratere Jezero per un possibile ritorno sulla Terra.