Gamle zirkonmineraler fra Mars afslører den uhåndgribelige indre struktur af den røde planet

Analyse af en gammel meteorit fra Mars tyder på, at mineralet zirkon kan være rigeligt på overfladen af ​​den røde planet.

Ved at bestemme zircons alder og hafniumisotopsammensætning, forskere fra Københavns Universitet har vist, at en population af disse krystaller stammer fra det dybe indre af Mars. Hvis forskerne har ret, det betyder, at de unge zirkoner indeholder information om det dybe, utilgængelige indre af Mars, giver indsigt i planetens indre struktur.

Det uranholdige mineral zircon er en rigelig bestanddel af Jordens kontinentale skorpe, give oplysninger om kontinenternes alder og oprindelse og store geologiske træk som f.eks. bjergkæder og kæmpevulkaner. Men i modsætning til Jorden, Mars' skorpe er ikke udviklet og ligner sammensætningsmæssigt den skorpe, der findes under jordens oceaner, hvor zirkon er sjælden. Derfor, zircon forventes ikke at være et almindeligt mineral på Mars.

"Vi var ret overraskede og begejstrede, da vi fandt så mange zirkoner i denne Mars-meteorit. Zirkoner er utroligt holdbare krystaller, der kan dateres, og som bevarer information, der fortæller os om deres oprindelse. At have adgang til så mange zirkoner er som at åbne et tidsvindue ind i planetens geologiske historie, " siger professor Martin Bizzarro fra GLOBE Institute, der ledede undersøgelsen.

Holdet undersøgte den gamle Mars-meteorit NWA 7533 (Figur 1), døbt "Black Beauty, " som blev opdaget i Marokkos ørken i 2011. Efter at have knust 15 gram af denne sten, de udtog omkring 60 zirkoner. Efter alder dating zirkonerne, de fandt ud af, at størstedelen af ​​krystallerne dateres tilbage til omkring 4,5 milliarder år siden, selve begyndelsen af ​​planetens liv. Men de gjorde også en uventet opdagelse:Nogle zirkoner definerede meget yngre aldre, lige fra omkring 1, 500 millioner år ned til 300 millioner år.

"Disse unge aldre var en stor overraskelse, " siger Bizzarro. "Black Beauty-meteoritten menes at komme fra Mars' sydlige halvkugle, som ikke har noget ungt vulkansk terræn. Den eneste mulige kilde til disse unge zirkoner er Tharsis vulkanske provins beliggende på planetens nordlige halvkugle, som indeholder store vulkaner, der for nylig var aktive."

Tharsis-bulen på Mars er en enorm vulkansk provins, der huser de største vulkaner i solsystemet, som er op til 21 km høje. Forskere mener, at denne vulkanske provins er udtryk for meget dyb magmatisme, der bryder ud på planetens overflade. Analogien på Jorden er den hawaiianske vulkanske øgruppe, som også menes at afspejle dybtliggende vulkansk aktivitet. Men på grund af pladetektonikken, Stillehavspladen bevæger sig konstant sådan, at i stedet for at samle sig på et enkelt sted, en kæde af gradvist yngre vulkanøer er dannet. Da Mars ikke har pladetektonik, vulkanerne hober sig op ét enkelt sted, og som et resultat, vokse til gigantiske størrelser.

Hvis Bizzarros hold har ret, det betyder, at de unge zirkoner kan indeholde information om det dybe, utilgængelige indre af Mars. Det er første gang, at forskere har fundet direkte adgang til det dybe indre af den røde planet, som kan give dem mulighed for at afdække Mars' indre struktur og sammensætning.

"At have prøver af Mars dybe indre er nøglen. Det betyder, at vi nu kan bruge disse zirkoner til at undersøge oprindelsen af ​​de flygtige grundstoffer på Mars, inklusive dets vand, og se, hvordan det kan sammenlignes med Jorden og andre planeter i solsystemet, " forklarer Mafalda Costa, medforfatter til det nye studie.

Men for at forstå naturen af ​​det dybe indre Mars, forskerne henvendte sig til analysen af ​​den isotopiske sammensætning af grundstoffet hafnium i de samme zirkoner.

"Fordi hafnium er en vigtig elementær bestanddel af zirkon, den bevarer en hukommelse om, hvor zirkonen blev dannet, " siger Martin Bizzarro. "Vi fandt ud af, at hafniumisotopsammensætningen af ​​de unge zirkoner er ulig nogen af ​​de kendte Mars-meteoritter, hvilket indikerer, at de unge zirkoner kommer fra et primitivt reservoir, som vi ikke vidste eksisterede i det indre af Mars, " tilføjer han.

Hafniumisotopsammensætningen af ​​de unge zirkoner ligner de mest primitive objekter i solsystemet, det er kondritmeteoritter. Disse rite meteoritter. Disse kondritmeteoritter er prøver af asteroider, der aldrig er blevet ændret siden deres dannelse. Dette indebærer, at det dybe indre af Mars i det væsentlige ikke er blevet ændret siden dannelsen af ​​planeten (Figur 2). Eksistensen af ​​et sådant primitivt reservoir forventes for en planet, der mangler pladetektonik. I modsætning til Jorden, hvor materiale dannet ved overfladen kontinuerligt genbruges til det indre af pladetektonik, det dybe indre af Mars er forblevet uændret siden planetens fødsel og, som sådan, bevarer sin oprindelige sammensætning.

Endelig, opdagelsen af, at zirkon kan være rigeligt på Mars-overfladen, kan guide den fremtidige robotudforskning af planeten, især i forbindelse med returnering af prøver til Jorden.

"Vores undersøgelse gør det klart, at en returmission rettet mod at erhverve zirkon-bærende prøver vil være af høj videnskabelig værdi for at forstå Mars geologiske historie, " slutter Martin Bizzarro.

"Mars' interne struktur og geodynamik udledt af en 4,2 Gyr zircon record" er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .