Hvordan et mineral fundet i Mars-meteoritter kan give ledetråde til gammel overflod af vand

Mars kan have været et vådere sted end tidligere antaget, ifølge forskning udført i simulerede Mars-meteoritter, delvis, ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab).

I en undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation , forskere fandt bevis for, at et mineral fundet i Mars-meteoritter - som var blevet betragtet som bevis på et gammelt tørt miljø på Mars - oprindeligt kan have været et hydrogenholdigt mineral, der kunne indikere en mere vandrig historie for den røde planet.

Forskere ved University of Nevada, Las Vegas (UNLV), der ledede et internationalt forskerhold i undersøgelsen, skabt en syntetisk version af et hydrogenholdigt mineral kendt som whitlockite.

Efter stød-kompression eksperimenter på whitlockite prøver, der simulerede

betingelserne for at udsende meteoritter fra Mars, forskerne studerede deres mikroskopiske makeup med røntgeneksperimenter ved Berkeley Labs Advanced Light Source (ALS) og ved Argonne National Laboratorys Advanced Photon Source (APS).

Røntgenforsøgene viste, at whitlockite kan blive dehydreret af sådanne stød, danner merrillite, et mineral, der almindeligvis findes i Mars-meteoritter, men som ikke forekommer naturligt på Jorden.

"Dette er vigtigt for at udlede, hvor meget vand der kunne have været på Mars, og om vandet kom fra selve Mars i stedet for kometer eller meteoritter, sagde Martin Kunz, en stabsforsker ved Berkeley Labs ALS, der deltog i røntgenundersøgelser af de chokerede whitlockitprøver.

"Hvis selv en del af merrillit havde været whitlockite før, det ændrer Mars' vandbudget dramatisk, " sagde Oliver Tschauner, en professor i forskning ved Institut for Geovidenskab ved UNLV, der ledede undersøgelsen sammen med Christopher Adcock, en assisterende forskningsprofessor ved UNLV.

Og fordi whitlockit kan opløses i vand og indeholder fosfor, et væsentligt element for liv på Jorden - og merrillit ser ud til at være fælles for mange Mars-meteoritter - undersøgelsen kan også have konsekvenser for muligheden for liv på Mars.

"Det overordnede spørgsmål her handler om vand på Mars og dets tidlige historie på Mars:Havde der nogensinde været et miljø, der muliggjorde en generation af liv på Mars?" sagde Tschauner.

De tryk og temperaturer, der blev genereret i stødeksperimenterne, mens de kan sammenlignes med et meteoritnedslag, varede kun omkring 100 milliardtedele af et sekund, eller omkring en tiendedel til en hundrededel så længe som et egentligt meteoritnedslag.

Det faktum, at eksperimenter viste endda delvis konvertering til merrillit under disse laboratorieskabte forhold, en længere varighed ville sandsynligvis have frembragt "næsten fuld konvertering" til merrillite, sagde Tschauner.

Han tilføjede, at denne seneste undersøgelse ser ud til at være en af ​​de første af sin slags, der beskriver chokeffekterne på syntetisk whitlockit, som er sjælden på jorden.

Forskere sprængte de syntetiske whitlockitprøver med metalplader affyret fra en gastrykpistol med hastigheder på op til omkring en halv mil i sekundet, eller omkring 1, 678 miles i timen, og ved tryk på op til omkring 363, 000 gange større end lufttrykket i en basketball.

"Du har brug for et meget alvorligt slag for at accelerere materiale hurtigt nok til at undslippe Mars' tyngdekraft. " sagde Tschauner.

På Berkeley Labs ALS, forskere brugte en røntgenstråle til at studere den mikroskopiske struktur af chokerede whitlockitprøver i en teknik kendt som røntgendiffraktion. Teknikken gjorde det muligt for forskere at skelne mellem merrillite og whitlockite i de chokerede prøver.

Separate røntgenforsøg udført på Argonne Labs APS viste, at op til 36 procent af whitlockit blev omdannet til merrillit på stedet for metalpladens påvirkning af mineralet, og at stød-genereret opvarmning frem for kompression kan spille den største rolle i whitlockites transformation til merrillite.

Der er også bevis for, at flydende vand strømmer på Mars i dag, selvom der endnu ikke har været videnskabeligt bevis for, at liv nogensinde har eksisteret på Mars. I 2013, Planetforskere rapporterede, at mørke striber, der vises på skråninger på Mars, sandsynligvis er relateret til periodiske vandstrømme som følge af skiftende temperaturer. De baserede deres analyse på data fra NASAs Mars Reconnaissance Orbiter.

Og i november 2016, NASA-forskere rapporterede, at en stor underjordisk ismasse i en region på Mars indeholder det, der svarer til alt vandet i Lake Superior, den største af de store søer. Rover-udforskninger har også fundet beviser for den tidligere overflod af vand baseret på analyse af overfladeklipper.

"Det eneste manglende led nu er at bevise, at (merrillite) havde, faktisk, virkelig været Mars whitlockite før, " sagde Tschauner. "Vi er nødt til at gå tilbage til de rigtige meteoritter og se, om der havde været spor af vand."

Adcock og Tschauner forfølger endnu en runde af undersøgelser med infrarødt lys på ALS for at studere faktiske Mars-meteoritprøver, og planlægger også røntgenundersøgelser af disse faktiske prøver i år.

Mange Mars-meteoritter fundet på Jorden ser ud til at komme fra en periode på omkring 150 millioner til 586 millioner år siden, og de fleste er sandsynligvis fra samme region på Mars. Disse meteoritter er i det væsentlige udgravet fra en dybde på omkring en kilometer under overfladen af ​​det første nedslag, der sendte dem ud i rummet, så de er ikke repræsentative for den nyere geologi på overfladen af ​​Mars, Tschauner forklarede.

"De fleste af dem er meget ens i stensammensætningen såvel som de mineraler, der forekommer, og har en lignende indvirkningsalder, " sagde han. Mars er sandsynligvis blevet dannet for omkring 4,6 milliarder år siden, omtrent på samme tid som Jorden og resten af ​​vores solsystem.

Selv med mere detaljerede undersøgelser af Mars-meteoritter kombineret med termisk billeddannelse af Mars taget fra orbitere, og stenprøver analyseret af rovere, der krydser planetens overflade, det bedste bevis på Mars' vandhistorie ville være en faktisk Mars-sten taget fra planeten og transporteret tilbage til Jorden, intakt, for detaljerede undersøgelser, forskere bemærket.

"Det er virkelig vigtigt at få en sten, der ikke er blevet "sparket" som Mars-meteoritterne har, sagde Kunz, for at lære mere om planetens vandhistorie.