En mash-up fra Mars:Meteoritter fortæller historien om Mars vandhistorie

I Jessica Barnes' håndflade er en gammel, mosaik af glas i møntstørrelse, mineraler og sten så tyk som en tråd af uldfiber. Det er en skive Mars-meteorit, kendt som Northwest Africa 7034 eller Black Beauty, der blev dannet, da et enormt nedslag cementerede forskellige stykker Mars skorpe sammen.

Barnes er assisterende professor i planetariske videnskaber ved University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory. Hun og hendes team analyserede kemisk Black Beauty-meteoritten og den berygtede Allan Hills 84001-meteorit - kontroversiel i 1990'erne for angiveligt at indeholde Mars-mikrober - for at rekonstruere Mars' vandhistorie og planetariske oprindelse.

Deres analyse, offentliggjort i dag i Natur Geovidenskab , viste, at Mars sandsynligvis modtog vand fra mindst to vidt forskellige kilder tidligt i sin historie. Variabiliteten forskerne fandt antyder, at Mars, i modsætning til Jorden og månen, aldrig haft et hav af magma, der fuldstændigt omsluttede planeten.

"Disse to forskellige kilder til vand i Mars' indre kan måske fortælle os noget om den slags genstande, der var tilgængelige til at smelte sammen i det indre, klippeplaneter, " sagde Barnes. To forskellige planetesimaler med vidt forskellige vandindhold kunne have kollideret og aldrig blandet sig fuldstændigt. "Denne sammenhæng er også vigtig for at forstå Mars' tidligere beboelighed og astrobiologi."

Læser vandet

"Mange mennesker har forsøgt at finde ud af Mars' vandhistorie, " sagde Barnes. "Som, hvor kom vandet fra? Hvor længe var det i Mars' skorpe (overfladen)? Hvor kom Mars' indre vand fra? Hvad kan vand fortælle os om, hvordan Mars blev dannet og udviklet sig?"

Barnes og hendes team var i stand til at sammensætte Mars' vandhistorie ved at lede efter spor i to typer, eller isotoper, af brint. En brintisotop indeholder en proton i sin kerne; dette kaldes nogle gange "let brint". Den anden isotop kaldes deuterium, som indeholder en proton og en neutron i kernen; dette omtales nogle gange som "tungt brint". Forholdet mellem disse to brintisotoper signalerer til en planetarisk videnskabsmand processerne og mulige oprindelse af vand i klipperne, mineraler og glas, som de findes i.

Meteorit mysterium

I omkring 20 år, forskere har registreret isotopforholdet fra Mars-meteoritter, og deres data var overalt. Der så ud til at være en lille tendens, sagde Barnes.

Vand låst i jordens klipper er det, der kaldes ufraktioneret, hvilket betyder, at det ikke afviger meget fra standardreferenceværdien for havvand - en 1:6, 420 forhold mellem tungt og let brint. Mars atmosfære, på den anden side, er stærkt fraktioneret - det er for det meste befolket af deuterium, eller tung brint, sandsynligvis fordi solvinden fjernede den lette brint. Målinger fra Mars-meteoritter - hvoraf mange blev udgravet dybt inde i Mars ved nedslagsbegivenheder - løb mellem Jorden og Mars' atmosfæremålinger.

Barnes' team satte sig for at undersøge brintisotopsammensætningen af ​​Mars-skorpen specifikt ved at studere prøver, som de vidste stammede fra skorpen:Black Beauty- og Allan Hills-meteoritterne. Black Beauty var især nyttigt, fordi det er en mashup af overflademateriale fra mange forskellige punkter i Mars' historie.

"Dette gjorde det muligt for os at danne os en idé om, hvordan Mars' skorpe så ud over flere milliarder år, " sagde Barnes.

Meteoritprøvernes isotopforhold faldt omtrent midtvejs mellem værdien for Jordens sten og Mars atmosfære. Da forskernes resultater blev sammenlignet med tidligere undersøgelser, inklusive resultater fra Curiosity Rover, det ser ud til, at dette var tilfældet i det meste af Mars' 4 milliarder plus-årige historie.

"Vi troede, ok det er interessant, men også lidt underligt, " sagde Barnes. "Hvordan forklarer vi denne dikotomi, hvor Mars-atmosfæren bliver fraktioneret, men skorpen forbliver dybest set den samme over geologisk tid?"

Barnes og hendes kolleger kæmpede også med at forsøge at forklare, hvorfor skorpen virkede så forskellig fra Mars-kappen, stenen senere som ligger nedenfor.

"Hvis du prøver at forklare dette ret konstante isotopforhold mellem Mars' skorpe, du kan virkelig ikke bruge atmosfæren til at gøre det, " sagde Barnes. "Men vi ved, hvordan skorper dannes. De er dannet af smeltet materiale fra det indre, der størkner på overfladen."

"Den fremherskende hypotese, før vi startede dette arbejde, var, at det indre af Mars var mere jordlignende og ufraktioneret, og så variabiliteten i brintisotopforhold i Mars-prøver skyldtes enten terrestrisk forurening eller atmosfærisk implantation, da den kom væk fra Mars, " sagde Barnes.

Ideen om, at Mars' indre var jordlignende i sammensætning, kom fra en undersøgelse af en Mars-meteorit, der menes at stamme fra kappen - det indre mellem planetens kerne og dens overfladeskorpe.

Imidlertid, Barnes sagde, "Mars-meteoritter plotter stort set overalt, og så det har historisk set været en udfordring at prøve at finde ud af, hvad disse prøver faktisk fortæller os om vand i Mars kappe. Det faktum, at vores data for skorpen var så forskellige, fik os til at gå tilbage gennem den videnskabelige litteratur og granske dataene."

Forskerne fandt ud af, at to geokemisk forskellige typer vulkanske klipper fra Mars - berigede shergotitter og udtømte shergotitter - indeholder vand med forskellige hydrogenisotopforhold. Berigede shergotitter indeholder mere deuterium end de udtømte shergotitter, som er mere jordlignende, de fandt.

"Det viser sig, at hvis man blander forskellige mængder brint fra disse to slags shergotitter, du kan få skorpeværdien, " sagde Barnes.

Hun og hendes kolleger tror, ​​at shergotitterne registrerer signaturerne af to forskellige brint - og i forlængelse heraf, vand-reservoirer inden for Mars. Den markante forskel antyder dem, at mere end én kilde kan have bidraget med vand til Mars, og at Mars ikke havde et globalt magmahav.