Avanceret billeddannelse afslører den spændende livshistorie for en usædvanlig Mars-meteorit

Med menneskelige og prøve-retur-missioner til Mars stadig på tegnebrættet, geologer, der ønsker at studere den røde planet, er afhængige af robothjælpere til at indsamle og analysere prøver. Tidligere i år sagde vi farvel til NASAs Opportunity rover, men Insight landede i november 2018, og flere rumbureauer har Mars rover-missioner på deres bøger de næste par år. Men mens vi arbejder på måder at bringe prøver tilbage fra Mars, geologer kan studere Mars-meteoritter, der er blevet leveret til os af de kræfter, der er på spil i solsystemet. Jorden bliver bombarderet af tonsvis af udenjordisk materiale hver dag. Det meste af det kommer fra Jupiter Family Comets og asteroidebæltet, og meget af det brænder op i atmosfæren eller lander i havene, men meteoritter fra Månen og Mars når op til Jordens overflade. I forskning offentliggjort i Geochimica og Cosmochimica Acta , videnskabsmænd brugte et batteri af synkrotronteknikker til at undersøge en meget usædvanlig Mars-meteorit, hvis begivenhedsrige livshistorie giver nogle indblik i Mars geologiske historie.

Omkring to tredjedele af meteoritterne i verdens samlinger blev fundet i Antarktis, hvor deres mørkere farve gør dem nemme at få øje på mod sneen. (Den første britisk ledede ekspedition til at indsamle meteoritter i Antarktis vendte for nylig tilbage med 36 prøver.) Meteoritten involveret i denne forskning, Nordvestafrika 8114 (NWA 8114), blev fundet i Vestsahara i det sydlige Marokko og solgt privat gennem en marokkansk meteorithandler. Den er parret med 'Black Beauty'-meteoritten - NWA 7034 - hvilket betyder, at disse engang var stykker af den samme klippe.

En prøve blev stillet til rådighed for videnskabelig forskning, og geologer opdagede, at NWA 8114 var en del af den første Mars-breccia-meteorit, der var blevet fundet; en breccia er en sten lavet af brudte fragmenter af mineraler eller sten cementeret sammen, og de dannes i områder, hvor kantede fragmenter af sten og mineralsk affald ophobes. NWA 8114 indeholder materiale med en bred vifte af aldre, den ældste går 4,4 milliarder år tilbage. Denne meteorit ligner mere overfladeprøverne analyseret af Mars-roverne, hvorimod de tidligere Mars-meteoritter fundet på Jorden har været magmatiske bjergarter, dannet af magma ét sted ad gangen.

Hovedforfatter Dr. Jane MacArthur forklarede, at forskerholdet ledte efter ethvert bevis på vand-klippe-interaktion - f.eks. mineraler, der kun dannes i nærvær af vand - og jernets oxidationstilstand. Hun siger:"Denne særlige meteorit må have været involveret i flere forskellige nedslag på Mars, selvom vi endnu ikke kan sige hvor mange. Det er mindst to - en til at danne brecciaen, og en til at løfte klippen fra Mars og sende den på vej til Jorden."

Undersøger meteoritten

Holdet brugte en kombination af fire synkrotron-billeddannelsesteknikker - og to beamlines - til at undersøge NWA 8114. De brugte X-ray Fluorescence (XRF) til at kortlægge prøven for at finde områder af interesse, Røntgendiffraktion (XRD) for at identificere mineraler, X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) for at analysere oxidationstilstanden af ​​det tilstedeværende jern, og Fourier Transform Infrarød spektromikroskopi (FTIR) for at se tegn på hydrering, via tilstedeværelsen af ​​hydroxidgrupper.

Holdet fandt mærkelige pyroxener (en stor klasse af stendannende silikatmineraler), der indeholdt pletter af jernoxidkorn, der var oxideret, men ikke hydreret. Tidligere arbejde tyder på, at chokhændelser med høj effekt kan forårsage dette, så det er knyttet til dannelsesbegivenheden på Mars. Argon-datering af en af ​​de chokerede regioner viste, at den var omkring 1,2 milliarder år gammel. Ved sammenligning med eksperimentelle undersøgelser af chokeret pyroxen ved forskellige temperaturer og tryk, holdet kunne vurdere, hvor dybt i Mars-overfladen meteoritten blev dannet, og resultatet var kun omkring 5 meter dybt, hvilket stemmer overens med en sten, der så blev løftet op af overfladen ved et yderligere stød.

Laboratoriearbejde på NWA 8114 havde foreslået, at nogle af jernoxiderne var oxideret eller hydreret. XRD på I18 bekræftede tilstedeværelsen af ​​goethit, et hydreret jernoxid, der normalt dannes i nærværelse af vand, ved lave temperaturer. FTIR på B22 bekræftede, at mineralet definitivt var hydreret, men det har endnu ikke været muligt at bekræfte, om dette er dannet på Mars eller på Jorden, så det antages at være et resultat af terrestrisk forvitring, selvom prøven afventer yderligere test.

NWA 8114 giver mulighed for at undersøge den termiske historie af en Mars regolit og studere nær overfladen processer og gamle miljøforhold nær et nedslagskrater på Mars. På nuværende tidspunkt er den og dens parrede sten den eneste måde at studere marsbreccier på, og forskning som giver os et forspring med at analysere den slags materialer, der ville blive bragt tilbage fra eventuelle fremtidige Mars-prøvereturmissioner, og vil også informere fremtidige rover-/prøveindsamlingsmissioner.

Dr. MacArthur var kun 4 måneder inde i sin ph.d., da holdets første beamtime på Diamond kom omkring, men hun havde forberedt sig ved at gå på Diamantsommerskolen. Hun siger: "Strålelinjepersonalet var virkelig hjælpsomme, især inden for områderne med at bruge softwaren og finde ud af, hvordan man analyserer dataene hos Diamond, og efter at vi var gået. Det var dejligt at få dem til at besvare spørgsmål personligt, men de svarede også på e-mail-forespørgsler bagefter."