Sten viser, at Mars engang føltes som Island

Der var engang, sæsoner i Gale Crater føltes sandsynligvis noget som dem i Island. Men ingen var der for at samle sammen for mere end 3 milliarder år siden.

Det gamle Mars-krater er fokus for en undersøgelse foretaget af Rice University-forskere, der sammenligner data fra Curiosity-roveren med steder på Jorden, hvor lignende geologiske formationer har oplevet forvitring i forskellige klimaer.

Islands basaltiske terræn og kølige vejr, med temperaturer typisk mindre end 38 grader Fahrenheit, viste sig at være den nærmeste analog til oldtidens Mars. Undersøgelsen fastslog, at temperaturen havde den største indflydelse på, hvordan sten dannet af sediment aflejret af gamle Mars-strømme blev forvitret af klimaet.

Undersøgelsen af ​​postdoktoralumnen Michael Thorpe og Mars-geologen Kirsten Siebach fra Rice og geovidenskabsmanden Joel Hurowitz fra State University of New York ved Stony Brook satte sig for at besvare spørgsmål om de kræfter, der påvirkede sand og mudder i den gamle søbund.

Data indsamlet af Curiosity under sine rejser siden landet på Mars i 2012 giver detaljer om de kemiske og fysiske tilstande af muddersten dannet i en gammel sø, men kemien afslører ikke direkte klimaforholdene, når sedimentet eroderet opstrøms. For det, forskerne måtte lede efter lignende sten og jord på Jorden for at finde en sammenhæng mellem planeterne.

Undersøgelsen offentliggjort i JGR Planeter tager data fra velkendte og varierende forhold i Island, Idaho og rundt om i verden for at se, hvilken der passede bedst til det, roveren ser og fornemmer i krateret, der omslutter Mount Sharp.

Krateret indeholdt engang en sø, men klimaet, der gjorde det muligt for vand at fylde det, er genstand for en lang debat. Nogle hævder, at tidlige Mars var varm og våd, og at floder og søer var almindeligt til stede. Andre synes, det var koldt og tørt, og at gletsjere og sne var mere almindelige.

"Sedimentære klipper i Gale Crater beskriver i stedet et klima, der sandsynligvis falder mellem disse to scenarier, sagde Thorpe, nu en Mars-prøvereturforsker hos NASA Johnson Space Center-entreprenøren Jacobs Space Exploration Group. "Det gamle klima var sandsynligvis koldt, men det ser også ud til at have understøttet flydende vand i søer i længere perioder."

Forskerne var overraskede over, at der var så lidt forvitring af sten på Mars efter mere end 3 milliarder år, sådan, at de gamle Mars-klipper var sammenlignelige med islandske sedimenter i en flod og en sø i dag.

"På jorden, den sedimentære klippeplade gør et fantastisk stykke arbejde med at modnes over tid ved hjælp af kemisk forvitring, Thorpe bemærkede. "Men, på Mars ser vi meget unge mineraler i mudderstenene, der er ældre end nogen sedimentære bjergarter på Jorden, tyder på, at vejret var begrænset."

Forskerne studerede direkte sedimenter fra Idaho og Island, og kompilerede undersøgelser af lignende basaltiske sedimenter fra en række klimaer rundt om i verden, fra Antarktis til Hawaii, at afgrænse de klimaforhold, som de troede var mulige på Mars, da vand strømmede ind i Gale-krateret.

"Jorden gav os et fremragende laboratorium i denne undersøgelse, hvor vi kunne bruge en række steder til at se virkningerne af forskellige klimavariabler på vejrlig, og den gennemsnitlige årlige temperatur havde den stærkeste effekt for klippetyperne i Gale Crater, sagde Siebach, et medlem af Curiosity-teamet, der vil være Perseverance-operatør, efter den nye lander lander i februar. "Omfanget af klimaer på Jorden gjorde det muligt for os at kalibrere vores termometer til at måle temperaturen på det gamle Mars."

Sammensætningen af ​​sand og mudder i Island var det tætteste match til Mars baseret på analyse via standard kemiske ændringsindeks (CIA), et grundlæggende geologisk værktøj, der bruges til at udlede tidligere klima fra kemisk og fysisk forvitring af en prøve.

"Når vand strømmer gennem klipper for at erodere og forvitre dem, det opløser de mest opløselige kemiske komponenter i de mineraler, der danner klipperne, " sagde Siebach. "På Mars, vi så, at kun en lille brøkdel af de grundstoffer, der opløses hurtigst, var gået tabt fra mudderet i forhold til vulkanske klipper, selvom mudderet har den mindste kornstørrelse og normalt er det mest forvitrede.

"Dette begrænser virkelig den gennemsnitlige årlige temperatur på Mars, da søen var til stede, for hvis det var varmere, så ville flere af disse elementer være blevet skyllet væk, " hun sagde.

Resultaterne indikerede også, at klimaet over tid skiftede fra Antarktis-lignende forhold til at blive mere islandsk, mens fluviale processer fortsatte med at aflejre sedimenter i krateret. Dette skift viser, at teknikken kan bruges til at hjælpe med at spore klimaændringer på det gamle Mars.

Mens undersøgelsen fokuserede på de laveste, den ældste del af søens sedimenter, som Curiosity har udforsket, andre undersøgelser har også vist, at Mars-klimaet sandsynligvis svingede og blev tørrere med tiden. "Denne undersøgelse etablerer en måde at fortolke denne tendens mere kvantitativt på, sammenlignet med klimaer og miljøer, vi kender godt på Jorden i dag, "Siebach sagde. "Lignende teknikker kunne bruges af Perseverance til at forstå det gamle klima omkring dets landingssted ved Jezero Crater."

Parallelt, klima forandring, især på Island, kan flytte de steder på Jorden, der er bedst egnede til at forstå fortiden på begge planeter, hun sagde.

Siebach er assisterende professor i Jorden, miljø- og planetvidenskab på Rice. Hurowitz er lektor i geovidenskab ved Stony Brook.