Met menselijke en monsterretourmissies naar Mars nog op de tekentafel, geologen die de rode planeet willen bestuderen, vertrouwen op robothelpers om monsters te verzamelen en te analyseren. Eerder dit jaar namen we afscheid van NASA's Opportunity rover, maar Insight landde in november 2018, en verschillende ruimteagentschappen hebben de komende jaren Marsrover-missies in hun boeken. Maar terwijl we werken aan manieren om monsters van Mars terug te brengen, geologen kunnen Mars-meteorieten bestuderen die aan ons zijn geleverd door de krachten die in het zonnestelsel spelen. De aarde wordt dagelijks gebombardeerd door tonnen buitenaards materiaal. Het meeste komt van Jupiter Family Comets en de asteroïdengordel, en veel ervan verbrandt in de atmosfeer of landt in de oceanen, maar meteorieten van de maan en Mars bereiken het aardoppervlak. In onderzoek gepubliceerd in Geochimica en Cosmochimica Acta , wetenschappers gebruikten een reeks synchrotron-technieken om een ​​zeer ongebruikelijke Mars-meteoriet te onderzoeken, wiens veelbewogen levensverhaal enig inzicht biedt in de geologische geschiedenis van Mars.

Ongeveer tweederde van de meteorieten in de collecties van de wereld werd gevonden op Antarctica, waar ze door hun donkerdere kleur gemakkelijk te herkennen zijn aan de sneeuw. (De eerste door de Britten geleide expeditie om meteorieten op Antarctica te verzamelen, keerde onlangs terug met 36 monsters.) De meteoriet die bij dit onderzoek betrokken was, Noordwest-Afrika 8114 (NWA 8114), werd gevonden in de Westelijke Sahara in Zuid-Marokko en particulier verkocht via een Marokkaanse meteorietdealer. Het is gekoppeld aan de 'Black Beauty'-meteoriet - NWA 7034 - wat betekent dat dit ooit stukken van dezelfde rots waren.

Er is een monster beschikbaar gesteld voor wetenschappelijk onderzoek, en geologen ontdekten dat NWA 8114 deel uitmaakte van de eerste Mars-breccia-meteoriet die werd gevonden; een breccia is een rots gemaakt van gebroken fragmenten van mineralen of aan elkaar gecementeerd gesteente, en ze vormen zich in gebieden waar hoekige fragmenten van gesteente en mineraal puin zich ophopen. NWA 8114 bevat materiaal met een breed scala aan leeftijden, de oudste dateert van 4,4 miljard jaar. Deze meteoriet lijkt meer op de oppervlaktemonsters die zijn geanalyseerd door de Marsrovers, terwijl de vorige Mars-meteorieten die op aarde zijn gevonden stollingsgesteenten waren, gevormd uit magma op één plaats tegelijk.

Hoofdauteur Dr. Jane MacArthur legde uit dat het onderzoeksteam op zoek was naar enig bewijs van interactie tussen water en gesteente - bijvoorbeeld mineralen die zich alleen vormen in aanwezigheid van water - en de oxidatietoestand van ijzer. Ze zegt:"Deze specifieke meteoriet moet betrokken zijn geweest bij verschillende inslagen op Mars, al kunnen we nog niet zeggen hoeveel. Het is minstens twee - één om de breccia te vormen, en een om de rots van Mars op te tillen en op weg te sturen naar de aarde."

Het sonderen van de meteoriet

Het team gebruikte een combinatie van vier synchrotron-beeldvormingstechnieken - en twee bundellijnen - om NWA 8114 te onderzoeken. Ze gebruikten röntgenfluorescentie (XRF) om het monster in kaart te brengen om interessante gebieden te vinden, Röntgendiffractie (XRD) om mineralen te identificeren, X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) om de oxidatietoestand van het aanwezige ijzer te analyseren, en Fourier Transform Infraroodspectromicroscopie (FTIR) om bewijs van hydratatie te zien, door de aanwezigheid van hydroxidegroepen.

Het team vond vreemde pyroxenen (een grote klasse van gesteentevormende silicaatmineralen) die vlekjes van ijzeroxidekorrels bevatten die geoxideerd maar niet gehydrateerd waren. Eerder werk suggereert dat schokken met een hoge impact dit kunnen veroorzaken, dus het is gekoppeld aan de vormingsgebeurtenis op Mars. Argondatering van een van de geschokte regio's toonde aan dat het ongeveer 1,2 miljard jaar oud was. Door vergelijking met experimentele studies van geschokt pyroxeen bij verschillende temperaturen en drukken, het team kon schatten hoe diep in het Mars-oppervlak de meteoriet gevormd was, en het resultaat was slechts ongeveer 5 meter diep, wat overeenkomt met een rots die vervolgens van het oppervlak werd getild door een verdere impact.

Laboratoriumwerk aan NWA 8114 had gesuggereerd dat sommige ijzeroxiden waren geoxideerd of gehydrateerd. XRD op I18 bevestigde de aanwezigheid van goethiet, een gehydrateerd ijzeroxide dat zich normaal vormt in aanwezigheid van water, bij lage temperaturen. FTIR op B22 bevestigde dat het mineraal zeker gehydrateerd was, maar het is nog niet mogelijk geweest om te bevestigen of dit zich op Mars of op aarde heeft gevormd, dus wordt aangenomen dat het een resultaat is van aardse verwering, hoewel het monster wacht op verdere tests.

NWA 8114 biedt de mogelijkheid om de thermische geschiedenis van een Martiaanse regoliet te onderzoeken en processen nabij het oppervlak en oude omgevingsomstandigheden nabij een inslagkrater op Mars te bestuderen. Op dit moment zijn het en zijn gepaarde stenen de enige manier om Mars breccia's te bestuderen, en onderzoek geeft ons een voorsprong bij het analyseren van de soorten materialen die zouden worden meegebracht van toekomstige Mars-monsterretourmissies, en zal ook toekomstige missies voor het verzamelen van rover/monsters informeren.

Dr. MacArthur was pas 4 maanden bezig met haar doctoraat toen de eerste beamtime van het team bij Diamond rondkwam, maar ze had zich voorbereid door naar de Diamond Summer School te gaan. Ze zegt:"Het beamline-personeel was erg behulpzaam, met name op het gebied van het gebruik van de software en het uitwerken van de analyse van de gegevens bij Diamond, en nadat we vertrokken waren. Het was geweldig om vragen persoonlijk te beantwoorden, maar ze reageerden ook achteraf op vragen per e-mail."