Nouvelles recherches publiées dans Communications de la nature Identifie un sulfate de fer sur Mars qui peut représenter un tout nouveau minéral. L'article est intitulé « Caractérisation de l'hydroxysulfate ferrique sur Mars et implications de l'environnement géochimique soutenant sa formation. »
Le soufre est commun sur Mars et se combine avec d'autres éléments pour former des minéraux, en particulier les sulfates. Alors que la plupart des sulfates sont très solubles et se dissolvent facilement sur Terre pendant les précipitations, sur la surface sèche de Mars, ces minéraux peuvent survivre pendant des milliards d'années et préserver des indices importants sur les premières antécédents de la planète.
Chaque minéral a une structure cristalline et des propriétés uniques, y compris le gypse et l'hématite des minéraux communs. Les scientifiques comptent sur les données collectées par les orbites de Mars pour identifier les minéraux à la surface et obtenir des informations sur les anciens environnements martiens qui auraient permis la formation de ces minéraux.
Depuis près de 20 ans, les chercheurs sont perplexes par des sulfates de fer inhabituels et en couches avec une signature spectrale unique. Maintenant, une étude dirigée par le Dr Janice Bishop, chercheur principal au SETI Institute et au Centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie, a identifié et caractérisé une phase hydroxysulfate ferrique inhabituelle en combinant des expériences de laboratoire avec des observations orbitales de Mars.
La découverte ajoute de nouvelles informations sur la façon dont les réactions de chaleur, d'eau et de produits chimiques façonnent la surface martienne.
« Nous avons étudié deux sites de sulfate près du vaste système Valles Marineris Canyon qui comprenait des bandes spectrales mystérieuses vues à partir de données orbitales, ainsi que des sulfates en couches et de la géologie intrigante », a déclaré Bishop.
L'étude comprenait une région appelée Aram Chaos, située au nord-est de Valles Marineris où de l'eau ancienne s'est éloignée vers les régions inférieures du nord, ainsi que le plateau au-dessus de la Juvente Chasma, un canyon de profondeur de 5 km situé juste au nord de Valles Marineris.
Plateau des Juventae (au-dessus de la Juventae Chasma)
Près des falaises de Valles Marineris, cette zone contient des indices sur le passé plus humide de Mars. Il y a des signes de canaux d'eau anciens à travers le paysage, mais les scientifiques ont trouvé des sulfates dans un petit endroit bas et bas, probablement laissé derrière lorsque des piscines d'eau riches en sulfate se sont lentement séchées, formant des sulfates ferreux hydratés.
Ces minéraux, y compris l'hydroxysulfate ferrique, apparaissent sous forme de couches minces d'épaisseur des compteurs se produisant au-dessus et sous les matériaux basaltiques, suggérant qu'ils ont été chauffés à partir de lave ou de cendres après la formation.
« L'enquête sur les morphologies et les stratigraphies de ces quatre unités de composition nous a permis de déterminer les relations d'âge et de formation entre les différentes unités », a déclaré le Dr Catherine Weitz, co-auteur de l'étude et scientifique principal au Planetary Science Institute.
Aram Chaos
Les chercheurs ont observé des minéraux de sulfate dans la région de Valles Marineris, y compris dans les paysages accidentés appelés terrains chaotiques – ils croient qu'ils ont été sculptés et façonnés par de puissantes inondations dans le passé.
Alors que l'eau se tarit progressivement, il a laissé des dépôts en couches de fer et de sulfates de magnésium, des indices subtils mais puissants que Mars était autrefois beaucoup plus humide. Dans un terrain du chaos qui s'est formé dans un ancien cratère d'impact, les couches supérieures contiennent des sulfates polyhydratés, tandis que les couches monohydratées et hydroxysulfates ferriques se trouvent en dessous.
Chacun de ces trois sulfates a des signatures spectrales distinctes qui peuvent être identifiées à partir de l'orbite à l'aide de l'instrument CRISM. Alors que la stratigraphie de ces trois sulfates était initialement déroutante, les tests de laboratoire ont montré que le chauffage des sulfates polyhydratés à 50 ° C produit des formes monohydratées et que le chauffage au-dessus de 100 ° C produit une hydroxysulfate ferrique, soutenant l'idée que la chaleur géothermique a provoqué la transformation des minéraux.
Les sulfates monohydratés et polyhydratés se produisent dans de grandes régions, tandis que l'hydroxysulfate ferrique est limité à seulement quelques petites régions. Les sources géothermiques les plus chaudes se sont probablement assises sous les sites où l'hydroxysulfate ferrique apparaît aujourd'hui, bien que davantage puisse être enfoui sous des sulfates monohydratés.
Des chercheurs de l'Institut SETI et de la NASA Ames ont mené des expériences de laboratoire pour déterminer comment ces sulfates se sont transformés – de la rozénite (Fe2+DONC4· 4h2O) avec quatre molécules d'eau par cellule unitaire, à szomolnokite (Fe2+DONC4· H2O) avec un, et enfin à l'hydroxysulfate ferrique, qui contient oh au lieu de h2O dans sa structure.
« Nos expériences suggèrent que cet hydroxysulfate ferrique ne se forme que lorsque les sulfates ferreux hydratés sont chauffés en présence d'oxygène », a déclaré le chercheur postdoctoral, le Dr Johannes Meusburger, à la NASA Ames.
« Bien que les changements dans la structure atomique soient très faibles, cette réaction modifie considérablement la façon dont ces minéraux absorbent la lumière infrarouge, ce qui a permis d'identifier ce nouveau minéral sur Mars en utilisant CRISM. »
La réaction nécessite de l'oxygène gazeux et produit de l'eau (équation 1). Aujourd'hui, Mars a une atmosphère mince composée principalement de CO2mais a encore suffisamment d'oxygène pour que cette réaction se déroule et pour l'oxydation d'autres formes de fer également.
Équation 1: 4 Fe2+DONC4· H2O + O2 -> 4 Fe3+DONC4OH + 2H2O
« Le matériau formé dans ces expériences en laboratoire est probablement un nouveau minéral en raison de sa structure cristalline unique et de sa stabilité thermique », a déclaré Bishop. « Cependant, les scientifiques doivent également trouver sur Terre pour le reconnaître officiellement comme un nouveau minéral. »
Fait intéressant, ce nouvel hydroxysulfate ferrique semble structurellement similaire à la szomolnokite, un minéral ferreux monohydraté, mais l'hydroxysulfate ferrique se forme plus facilement à partir de la rozénite, un minéral tétrahydraté.
Cette transformation des sulfates ferreux hydratés à l'hydroxysulfate ferrique ne se produit qu'à des températures supérieures à 100 ° C, beaucoup plus chaudes que ce que Mars éprouve généralement à la surface. Les sulfates d'Aram Chaos et de Juventae, y compris l'hydroxysulfate ferrique, sont probablement formés plus récemment que le terrain dans lequel ils se produisent, peut-être pendant la période amazonienne (<3 milliards d'années).
Cette étude révèle que la chaleur de l'activité volcanique du plateau de Juvente et de l'énergie géothermique en dessous du chaos d'Aram peut transformer des sulfates hydratés courants en hydroxysulfate ferrique.
Les résultats suggèrent que des parties de Mars ont été chimiquement et thermiquement actifs plus récemment que les scientifiques ne le pensaient autrefois – offrant de nouvelles informations sur la surface dynamique de la planète et son potentiel à avoir soutenu la vie.
