Planetaire wetenschappers van de Brown University hebben een nieuw scenario voorgesteld voor de vorming van oude kleimineralen op Mars die, als blijkt dat het waar is, zou de vroege geschiedenis van de rode planeet kunnen herschrijven.

Er zijn duizenden oude phyllosilicaat-ontsluitingen op het oppervlak van Mars. Fyllosilicaten, of klei, worden gevormd door de interactie van water met vulkanisch gesteente, waardoor veel wetenschappers concluderen dat er permanent oppervlaktewater moet zijn geweest, grondwater of actieve hydrothermische systemen op een bepaald punt in de geschiedenis van Mars. Maar het nieuwe onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Natuur , suggereert dat de klei gevormd kan zijn tijdens het ontstaan ​​van de Marskorst zelf, lang voordat er water op de planeet stroomde.

Gesteund door laboratoriumexperimenten en computermodellen, de onderzoekers leggen uit hoe het scenario zou hebben gewerkt. In het zeer vroege zonnestelsel, Men denkt dat Mars en andere rotsachtige planeten zijn bedekt door oceanen van gesmolten magma. Toen de magma-oceaan van Mars begon af te koelen en te stollen, water en andere opgeloste vluchtige stoffen zouden naar de oppervlakte worden ontgast, vormen een dikke, dampende atmosfeer rond de planeet. Het vocht en de warmte van dat hogedrukstoombad zouden enorme delen van het pas gestolde oppervlak in klei hebben veranderd. Toen de planeet zich vervolgens in miljarden jaren ontwikkelde, vulkanische activiteit en asteroïdebombardementen zouden de klei op sommige plaatsen hebben bedekt en op andere hebben uitgegraven, wat leidt tot de wijdverbreide maar fragmentarische verspreiding die we tegenwoordig aan de oppervlakte zien.

"Het basisrecept voor het maken van klei is dat je steen neemt en warmte en water toevoegt, " zei Kevin Kanon, een postdoctoraal onderzoeker aan de University of Central Florida die het onderzoek leidde terwijl hij zijn Ph.D. bij Bruin. "Deze oeratmosfeer gecreëerd door een magma-oceaan zou de heetste en natste Mars ooit zijn geweest. Het is een situatie waarin je de korst doordringend zou kunnen veranderen en die materialen daarna gewoon zou kunnen schudden."

Cannon en zijn co-auteurs zeggen dat het scenario een manier biedt om wijdverbreide kleiafzettingen te creëren waarvoor geen warm en nat klimaat of een aanhoudend hydrothermisch systeem op het vroege Mars nodig is. State-of-the-art klimaatmodellen suggereren een vroege Mars waar de temperatuur zelden boven het vriespunt kwam en waar de waterstroom op het oppervlak sporadisch en geïsoleerd was.

"Een van de complicaties die naar voren komt in de evolutie van Mars is dat we geen scenario kunnen creëren waarin oppervlakteverwering de capaciteit had om de mate van minerale verandering te produceren die we zien, " zei Jack Mosterd, een professor in Brown's Department of Earth, Milieu- en planetaire wetenschappen en co-auteur van de studie. "We proberen zeker niet andere wijzigingsmechanismen volledig buiten beschouwing te laten. Oppervlakteverwering en andere soorten wijzigingen hebben zich zeker voorgedaan op verschillende punten in de geschiedenis van Mars, maar we denken dat dit een plausibele manier is om veel van de wijdverspreide klei te verklaren die we op de oudste Mars-terreinen zien."

Om aan te tonen dat het door hen voorgestelde mechanisme aannemelijk is, de onderzoekers synthetiseerden gesteentemonsters die overeenkomen met de samenstelling van Martiaanse basalt. Vervolgens gebruikten ze een hogedrukapparaat om temperatuur- en drukomstandigheden na te bootsen die mogelijk aanwezig waren te midden van de stoomatmosfeer die door een magma-oceaan werd gecreëerd. Na het koken van monsters gedurende twee weken, het team controleerde of ze waren gewijzigd en in welke mate.

"Het was echt opmerkelijk hoe snel en uitgebreid dit basalt werd veranderd, Cannon zei. Bij de hoogste temperaturen en drukken, het at volledig door de basaltdeeltjes heen. Het is een heel intense mate van verandering."

De stoomatmosfeer die wordt geassocieerd met een magma-oceaan kan wel 10 miljoen jaar of langer hebben bestaan, Cannon en zijn collega's zeggen. Dat zou lang genoeg zijn geweest, zij schatten, om maar liefst drie kilometer klei te creëren op het oorspronkelijke oppervlak van Mars.

Om een ​​idee te krijgen wat het lot van die klei zou kunnen zijn naarmate de planeet evolueerde, de onderzoekers creëerden een computermodel om een ​​plak Marskorst te simuleren met daarop een kleilaag van drie kilometer. Daarna simuleerden ze de eerste miljard jaar van de geologische geschiedenis van Mars - de periode waarin vulkanische activiteit en asteroïdebombardementen het meest voorkwamen. Het model toonde aan dat de begrafenis, uitgraving en verstrooiing van klei in de loop van de tijd zorgde voor een verdeling van blootgestelde afzettingen vergelijkbaar met wat we tegenwoordig op Mars zien.

"Om er wat cijfers op te plakken, klei beslaat ongeveer 3 procent van de oudste korstblootstellingen op Mars, "Zei Cannon. "We vinden ongeveer dezelfde orde van grootte in deze modellen."

De laboratoriumexperimenten en simulaties kunnen niet met zekerheid zeggen dat dit scenario heeft plaatsgevonden, zeggen de onderzoekers, maar ze suggereren wel een sterke hypothese die kan worden getest tijdens toekomstige verkenning van Mars.

"Een van de dingen die ik hier leuk aan vind, is dat het echt testbaar is, " zei Steve Parman, een geologieprofessor bij Brown en co-auteur van de studie. "Met een geretourneerd monster, of misschien zelfs met de analytische apparatuur op een rover, Ik ben optimistisch dat je dit oorspronkelijke proces kunt onderscheiden van een ander veranderingsproces."

Als het proces inderdaad heeft plaatsgevonden, het zou enkele interessante implicaties kunnen hebben voor de vroege geschiedenis van Mars. Naast het bieden van een mechanisme voor kleivorming, zelfs als Mars zo koud en ijzig was als klimaatmodellen suggereren, het scenario suggereert dat enorme afzettingen van klei onder het oppervlak aanwezig waren - en mogelijk nog steeds zijn. Die afzettingen zouden kunnen verklaren waarom de korst van Mars minder dicht is dan verwacht voor een basaltische korst, zeggen de onderzoekers. De afzettingen zouden ook dienen als grote ondergrondse opslagreservoirs voor water.

"Er zou mogelijk nogal wat water in deze begraven klei zijn opgesloten, "Zei Parman. "Je zou je kunnen voorstellen dat als die afzettingen waren opgewarmd door magmatisme of een ander proces, ze dat water zouden hebben vrijgemaakt, misschien een tijdelijke watertoevoer naar de oppervlakte. Dat kan gevolgen hebben voor de bewoonbaarheid in het verleden."

Mosterd, die voorzitter was van de commissie die de wetenschappelijke doelen voor NASA's Mars 2020-rover heeft opgesteld, hoopt dat deze nieuwe hypothese toekomstige verkenningen op Mars kan informeren.

"Dit zou een heel interessante hypothese zijn om te testen, " zei hij. "Afhankelijk van waar de rover uiteindelijk landt, Ik denk dat we de juiste voorbeelden kunnen krijgen om deze vragen te verlichten."