Lermineraler på Mars kan have dannet sig i det oprindelige dampbad

Planetforskere fra Brown University har foreslået et nyt scenarie for dannelsen af ​​gamle lermineraler på Mars, hvis det viser sig at være sandt, kunne omskrive den røde planets tidlige historie.

Der er tusindvis af gamle filosilikatfremspring på Mars-overfladen. Phyllosilicates, eller ler, dannes ved vekselvirkning mellem vand og vulkansk sten, får mange videnskabsmænd til at konkludere, at der må have været vedvarende overfladevand, grundvand eller aktive hydrotermiske systemer på et tidspunkt i Mars historie. Men den nye forskning, offentliggjort i tidsskriftet Natur , antyder, at lererne kan have dannet sig under skabelsen af ​​selve Marsskorpen, længe før noget vand flød på planeten.

Bakket op af laboratorieeksperimenter og computermodeller, forskerne lægger op til, hvordan scenariet ville have fungeret. I det meget tidlige solsystem, Mars og andre klippeplaneter menes at have været dækket af oceaner af smeltet magma. Da Mars magmahav begyndte at afkøle og størkne, vand og andre opløste flygtige stoffer ville blive forgasset til overfladen, danner en tyk, dampende atmosfære omkring planeten. Fugten og varmen fra det højtryksdampbad ville have omdannet store dele af den nyligt størknede overflade til ler. Da planeten derefter udviklede sig over milliarder af år, vulkansk aktivitet og asteroidebombardementer ville have dækket leret nogle steder og udgravet det andre, fører til den udbredte, men spredte udbredelse, der ses på overfladen i dag.

"Den grundlæggende opskrift på at lave ler er, at du tager sten, og du tilføjer varme og vand, " sagde Kevin Cannon, en postdoc-forsker ved University of Central Florida, der ledede forskningen, mens han afsluttede sin ph.d. hos Brown. "Denne uratmosfære skabt af et magmahav ville have været den varmeste og vådeste Mars nogensinde har været. Det er en situation, hvor man gennemgribende kunne ændre skorpen og så bare blande disse materialer rundt bagefter."

Cannon og hans medforfattere siger, at scenariet tilbyder et middel til at skabe udbredte leraflejringer, der ikke kræver et varmt og vådt klima eller et vedvarende hydrotermisk system på tidlig Mars. Avancerede klimamodeller tyder på en tidlig Mars, hvor temperaturen sjældent krøb over frysepunktet, og hvor vandstrømmen på overfladen var sporadisk og isoleret.

"En af de komplikationer, der kommer op i Mars evolution, er, at vi ikke kan skabe et scenarie, hvor overfladeforvitring havde kapaciteten til at producere omfanget af mineralændringer, som vi ser, " sagde Jack Mustard, en professor i Browns Department of Earth, Miljø- og Planetvidenskab og studie medforfatter. "Vi forsøger bestemt ikke helt at udelukke andre ændringsmekanismer. Overfladeforvitring og andre typer ændring fandt helt sikkert sted på forskellige tidspunkter i Mars historie, men vi mener, at dette er en plausibel måde at forklare meget af det udbredte ler, vi ser i de ældste Mars-terræner."

For at demonstrere, at den mekanisme, de foreslår, er sandsynlig, forskerne syntetiserede stenprøver, der matchede sammensætningen af ​​marsbasalt. De brugte derefter en højtryksanordning til at genskabe temperatur- og trykforhold, som kan have været til stede midt i dampatmosfæren skabt af et magmahav. Efter tilberedning af prøver i to uger, holdet tjekkede for at se, om de var blevet ændret, og i hvilket omfang.

"Det var virkelig bemærkelsesværdigt, hvor hurtigt og omfattende denne basalt blev ændret, " sagde Cannon. "Ved de højeste temperaturer og tryk, den spiste helt igennem basaltpartiklerne. Det er en virkelig intens grad af forandring."

Dampatmosfæren forbundet med et magmahav kunne have overlevet så længe som 10 millioner år eller mere, Cannon og hans kolleger siger. Det ville have været længe nok, de vurderer, at skabe så meget som tre kilometer ler på den oprindelige Marsoverflade.

For at få en idé om, hvad skæbnen for det ler kan være, da planeten udviklede sig, forskerne skabte en computermodel til at simulere en plade af Marsskorpe med et tre kilometer langt lerlag ovenpå. Derefter simulerede de den første milliard år af Mars geologiske historie - den periode, hvor vulkansk aktivitet og asteroidebombardement var mest udbredt. Modellen viste, at begravelsen, udgravning og spredning af ler over tid skabte fordeling af udsatte aflejringer svarende til det, man har set på Mars i dag.

"For at sætte nogle tal på det, ler dækker omkring 3 procent af de ældste skorpeeksponeringer på Mars, "Sagde Cannon." Vi finder den samme størrelsesorden i disse modeller. "

Laboratorieforsøgene og simuleringerne kan ikke med sikkerhed sige, at dette scenarie fandt sted, siger forskerne, men de foreslår en stærk hypotese, der kunne testes under fremtidig Mars-udforskning.

"En af de ting, jeg godt kan lide ved det her, er, at det virkelig er testbart, " sagde Steve Parman, en geologiprofessor ved Brown og medforfatter til undersøgelsen. "Med en returneret prøve, eller måske endda med det analytiske udstyr på en rover, Jeg er optimistisk over, at du kunne skelne denne oprindelige proces fra en anden ændringsproces. "

Hvis processen faktisk fandt sted, det kunne have nogle interessante implikationer for den tidlige Mars historie. Ud over at give en mekanisme til lerdannelse, selvom Mars var så kold og iskold, som klimamodeller antyder, scenariet antyder, at enorme aflejringer af ler var - og stadig kan være - til stede under overfladen. Disse aflejringer kunne forklare, hvorfor Mars-skorpen er mindre tæt end forventet for en basaltisk skorpe, siger forskerne. Aflejringerne ville også tjene som store underjordiske lagerreservoirer for vand.

"Der ville potentielt have været en del vand lukket inde i disse begravede lerarter, " sagde Parman. "Du kunne forestille dig, at hvis disse aflejringer blev varmet op af magmatisme eller en anden proces, ville de have frigivet det vand, måske giver en forbigående vandforsyning til overfladen. Det kan have konsekvenser for tidligere beboelighed. "

Sennep, som var formand for udvalget, der opstillede videnskabelige mål for NASAs Mars 2020 rover, håber, at denne nye hypotese kan informere fremtidig Mars-udforskning.

"Dette ville være en rigtig interessant hypotese at teste, "sagde han." Afhængigt af hvor roveren i sidste ende lander, Jeg tror, ​​vi kunne få de rigtige prøver til at belyse disse spørgsmål."