La scala dei tempi geologici marziani è una suddivisione della storia passata del pianeta Marte in tre periodi geologici, fondati principalmente sull'analisi e sullo studio della densità e della morfologia dei crateri da impatto rilevati in superficie, secondo i principi della stratigrafia, della geomorfologia planetaria e degli esami effettuati sulle meteoriti marziane. La finalità della costruzione di una scala geologica di Marte è quella di definire in maniera univoca una sequenza temporale secondo cui si è svolta l’evoluzione geologica planetaria, tentando di fornire un’età agli eventi accaduti al pianeta e di cui ancora oggi si possono osservare gli effetti.
Il tempo Geologico Il tempo geologico deriva dalla disciplina della stratigrafia e in principale modo dai rapporti stratigrafici basati sui principi definiti da Niels Stensen (in latino Nicolaus Steno, in italiano Niccolò Stenone) a metà del 1600. Importante nella definizione del tempo geologico planetario e quindi anche per la definizione della cronostratigrafia e della geocronologia di Marte è il Principio della Sovrapposizione Stratigrafica secondo cui eventi susseguenti hanno generato rocce, sedimenti, depositi geologici e più in generale morfologie in tempi differenti e che potrebbero essere tra loro in un qualche tipo di correlazione, sia per forma che per posizione spaziale.Ma più in generale di un qualunque corpo appartenente al Sistema Solare. Per l’applicazione della stratigrafia si veda Bosellini, Mutti, Ricci Lucchi, Rocce e Successioni Sedimentarie, UTET, 1989.
I rapporti stratigrafici che influenzano e definiscono la Scala dei Tempi Geologica, vengono determinati grazie ai concetti che sono alla base di alcune delle discipline delle Scienze della Terra e delle Geoscienze, come la paleontologia, la geologia, la petrografia, la geochimica e la geomorfologia. Ne sono un esempio la biostratigrafia con la variazione dei taxa terrestri avvenute durante le ere geologiche (incernierata al Principio della successione faunistica), la determinazione dei tempi di deposizione di certuni depositi magmatici, la variazione di alcuni elementi chimici presenti sulla superficie oppure ancora i rapporti spaziali tra forme e rocce di tipo differente.
L’applicazione dei rapporti stratigrafici nello studio dei corpi planetari del Sistema Solare, sia maggiori che minori, deve essere necessariamente accompagnata da metodologie di indagine relative ad altre campi di studio primo tra tutti la geomorfologia planetaria, al fine di poter ricavare dei vincoli utili alla determinazione del tempo di accadimento di un evento. Così alle relazioni ampiamente utilizzate della sovrapposizione si affiancano quelle di embayment ossia della formazione di depositi ignei anche di età differenti a ricordare straripamenti in parti subordinate di un cratere o un’area della superficie e di cross–cutting ossia di attraversamento trasversale reciproco come ad esempio il taglio di uno strato da parte di una faglia o di un’intrusione magmatica.
In questa branca specialistica della geomorfologia si fa tipicamente riferimento al concetto per cui superfici più antiche sono maggiormente craterizzate di superfici più recenti a causa del maggior tempo di esposizione al bombardamento da parte di corpi impattanti, a quello di relazione esistente tra i diversi crateri da impatto oppure tra i crateri e i differenti tipi di rocce in essi presenti oppure ancora tra le stratificazioni e le morfologie riconoscibili come nel caso della Terra e di Marte. Ad esempio, un flusso di lava che si espande e riempie un cratere da impatto di grande dimensioni è probabilmente più giovane del cratere stesso. D’altra parte, è probabile che un piccolo cratere sopra lo stesso flusso di lava sia più giovane della lava e del cratere più grande poiché si può supporre che sia stato il prodotto di un successivo evento geologico inosservato. Ne risulta che osservazioni sulle superfici di molti corpi del nostro sistema planetario possono rilevare importanti indizi sulla loro evoluzione.
La definizione del tempo geologico planetario passa anche per la meteoritica e la planetologia appartenenti ad altre discipline prossime più all’astronomia e alla mineralogia. Rientrano in questi campi l’analisi dei campioni di rocce riportate dalle missioni spaziali verso la Luna e dei materiali che compongono le comete, le meteoriti provenienti dallo spazio interplanetario o la formulazione di modelli coerenti con la teoria della formazione del Sistema Solare e della sua evoluzione. Enorme importanza riveste l’acquisizione di informazioni sulla composizione e sul riconoscimento delle componenti chimiche che costituiscono le rocce e la regolite, particolarmente numerose su Marte, la Luna e negli ultimi anni anche di Mercurio.
Alle osservazioni geomorfologiche, astronomiche e chimiche si associano tipicamente altri approcci derivati dal telerilevamento con l’analisi dei dati ottenuti dalle diverse piattaforme di ripresa e misurazione come i satelliti orbitanti e in flyby in lunghezze d’onda differenti dal visibile, con lo studio della gravimetria e della magnetometria, ma anche con i lander e i rover per ciò che riguarda le componenti legate più alle analisi geochimiche e dalle osservazioni effettuate a terra anche con la spettroscopia.
Il prodotto ultimo dell’insieme dei dati è la realizzazione di cartografie geologiche a scala globale, a scala regionale e locale dei pianeti di tipo terrestre ma anche dei satelliti dei giganti gassosi come Titano, Io, Encelado, di asteroidi come Vesta, di comete come la 67P/Churyumov–Gerasimenko, di formulare dei modelli evolutivi tramite software di simulazione e della riproduzione di alcuni dei processi geologici in laboratorio oppure il confronto con analoghi terrestri.
Il tempo assoluto La comprensione del tempo geologico passa per la sua definizione e quindi per la possibilità di ricavare con le metodologie sinora esposte l’età in maniera arbitraria oppure in modo vincolato con altri metodi. Può essere considerato quindi secondo due prospettive diverse definibili come tempo assoluto e tempo relativo.
Il tempo assoluto indica gli eventi geologici e/o i prodotti associati (esempio la rottura per faglia oppure deposizione di rocce) tramite età iniziali espresse in anni dal presente e in qualche modo individuabili. La determinazione più importante è quella dell’età assoluta di una roccia con l’utilizzo degli orologi radiogenici definiti geocronometri (per questo è definita anche età radiometrica), basati sulla trasformazioni per decadimento radioattivo, di alcuni elementi instabili come isotopi radioattivi e contenuti in alcune rocce in isotopi stabili, di cui è ben conosciuto il rapporto di conversione. Tramite le combinazioni di diversi materiali radioattivi si può migliorare l’incertezza in una stima dell’età fondato sull'uso di un singolo isotopo.
La datazione radiometrica è necessaria per determinare l’età assoluta nel tempo geologico. Certamente gli isotopi radioattivi sono il migliore modo per ottenere una datazione, ma sfortunatamente devono essere disponibili per la loro misurazione le rocce che li contengono che devono essere recuperate in qualche modo. Generalmente, anche se non in maniera assoluta, ciò avviene solo per le rocce sulla Terra e per i campioni lunari riporti indietro dalle diverse missioni di esplorazione avvenute verso il nostro satellite naturale tra cui sicuramente quelle del programma Apollo, del programma Luna e negli ultimi anni del programma spaziale finalizzato alla conoscenza del nostro satellite da parte della Cina, Chang'e. A tale proposito vale citare un lavoro prodotto da un team internazionale guidato da Xiaochao Che, dell'Accademia cinese di Scienze Geologiche, che dopo aver analizzato alcuni campioni di rocce lunari rispedite sulla Terra dalla sonda Chang'e-5, è arrivato alla conclusione che sulla Luna fosse presente un'attività vulcanica sino a meno di 2 miliardi di anni faCon un errore di 50 milioni di anni, appena., quindi molto più giovane da quanto ricavato dalle precedenti missioni sovietiche e dell'Apollo.In riferimento all'età radiometrica è da notare come queste nuove misurazioni permetteranno di calibrare con maggior precisione la cronologia degli impatti lunari (imponendo anche vincoli sull'evoluzione termica), influenzando anche quella di Marte. In più nel 2026 Zongyu Yue e colleghi hanno riferito di aver analizzato campioni lunari provenienti dal lato lontano della Luna e riportati a terra con la missione Chang'e-6 con tempi di messa in posto di basalti localmente ad una età pari a 2807 ± 3 milioni di anni e di noriti con un'età di 4247 ± 5 milioni di anni, probabilmente corrispondente all'età del bacino Polo Sud-Aitken. Questi risultati possono essere utilizzati per ricavare constrain sulla storia evolutiva della Luna e per confermare un flusso continuo di apporti di materiale esterno (meteoriti, nuclei cometari oppure asteroidali) nel tempo sebbene di intensità sempre più basso.
Il tempo relativo L’utilizzo dei principi stratigrafici comporta il riconoscimento dell’età delle rocce, di un'unità geologica o di un evento solo tramite un confronto relativo. Si può portare l’esempio di una comparazione tra le diverse rocce del Mesozoico in cui strati rocciosi che compongono il Sistema del Cretacico giacciono sopra (e sono quindi più giovani) delle rocce del Giurassico, materializzato dal Sistema del Giurassico, (dove per Sistema si intende un pacco di strati rocciosi dalle caratteristiche ben definite). Nulla viene rivelato riguardo alla loro età di formazione e soprattutto all’estensione dei Periodi del Cretaceo o del Giurassico. Se ne deduce quindi che il tempo relativo tende ad indicare l’età delle rocce e degli eventi come semplici momenti consequenziali e con una disposizione temporale in genere dal più antico al più giovane, in confronto tra di loro.
Cioè applicare la stratigrafia significa stabilire l’età relativa degli strati rocciosi oppure dei sedimenti misurando una qualche differenza nella composizione o nella struttura (come la parte solida, liquida, dei gas in essi intrappolati oppure del contenuto biologico o paleontologico) facendo delle assunzioni sul tasso di deposizione o di evoluzione, permettendo di stimare potenziali campi temporali di formazione tramite l’insieme di caratteristiche osservate nei strati sedimentari. Un esempio di tale applicazione lo si può pensare per uno spesso strato di paleoregolite, di circa 5-10 metri, inserito tra due strati di roccia lavica scoperto nel 2021 sulla Luna.Gli autori indicano la presenza di uno strato di paleoregolite compreso tra due strati di lava, ora sepolto sotto la superficie lunare, riconosciuto tramite l'elaborazione dei dati radar a 60 MHz acquisiti dal rover Chang'E-3, Yutu.
Essendo questo formatisi principalmente per l'azione degli urti con materiale asteroidale e con il vento solare ed essendo rimasto invariato dal momento della sua formazione, potrebbe rilevare importanti dati per determinare l’impatto precoce degli asteroidi e la storia vulcanica della Luna. Si pensa che si sia formato tra i 2,3 e i 3,6 miliardi di anni. I risultati delle analisi lasciano pensare che la paleoregolite si sia formata molto più velocemente rispetto alle precedenti stime pari ai 2 metri per miliardo di anni. L’applicazione della geomorfologia planetaria con i rapporti di embayment e cross–cutting e soprattutto quello del conteggio dei crateri da impatto, ossia della densità numerica dei crateri, permettono di determinare in qualche modo l’età relativa della superficie di un pianeta con dei concetti molti vicini alla stratigrafia tradizionale.