Le manteau de Mars est peut-être plus compliqué qu'on ne le pensait auparavant. Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue affiliée à Nature Rapports scientifiques , les chercheurs de LSU documentent les changements géochimiques au fil du temps dans les coulées de lave d'Elysium, une province volcanique martienne majeure.

David Susko, chercheur diplômé en géologie et géophysique de LSU, a dirigé l'étude avec des collègues de LSU, dont son conseiller Suniti Karunatillake, l'Université de Rahuna au Sri Lanka, l'Institut SETI, Institut de technologie de la Géorgie, Ames de la NASA, et l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie en France.

Ils ont découvert que la chimie inhabituelle des coulées de lave autour d'Elysium est cohérente avec les processus magmatiques primaires, comme un manteau hétérogène sous la surface de Mars ou le poids de la montagne volcanique sus-jacente faisant fondre différentes couches du manteau à différentes températures à mesure qu'elles remontent à la surface au fil du temps.

Elysium est un complexe volcanique géant sur Mars, le deuxième derrière l'Olympique Mons. Pour l'échelle, il s'élève à deux fois la hauteur du mont Everest de la Terre, soit environ 16 kilomètres. Géologiquement, cependant, Elysium ressemble plus aux monts Tibesti de la Terre au Tchad, les Emi Koussi en particulier, que l'Everest. Cette comparaison est basée sur des images de la région de la caméra Mars Orbiter, ou MOC, à bord du Mars Global Surveyor, ou MGS, Mission.

Elysium est également unique parmi les volcans martiens. Il est isolé dans les basses terres du nord de la planète, alors que la plupart des autres complexes volcaniques sur Mars se regroupent dans les anciennes hautes terres du sud. Elysium a également des plaques de coulées de lave qui sont remarquablement jeunes pour une planète souvent considérée comme géologiquement silencieuse.

"La plupart des caractéristiques volcaniques que nous observons sur Mars ont entre 3 et 4 milliards d'années, " a déclaré Susko. " Il y a quelques plaques de coulées de lave sur Elysium que nous estimons à 3-4 millions d'années, donc trois ordres de grandeur plus jeune. Aux échelles de temps géologiques, Il y a 3 millions d'années, c'est comme hier."

En réalité, Les volcans d'Elysium pourraient encore entrer en éruption, Susko a dit, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour le confirmer. "Au moins, nous ne pouvons pas encore exclure des volcans actifs sur Mars, " a déclaré Susko. "Ce qui est très excitant."

Les travaux de Susko révèlent notamment que la composition des volcans sur Mars peut évoluer au cours de leur histoire éruptive. Dans des recherches antérieures dirigées par Karunatillake, professeur adjoint au département de géologie et de géophysique de LSU, chercheurs du Planetary Science Lab de LSU, ou PSL, ont découvert que des régions particulières d'Elysium et de la sous-surface peu profonde environnante de Mars sont géochimiquement anormales, étrange même par rapport à d'autres régions volcaniques sur Mars. Ils sont appauvris en éléments radioactifs thorium et potassium. Elysium est l'une des deux seules provinces ignées sur Mars où les chercheurs ont trouvé jusqu'à présent de si faibles niveaux de ces éléments.

"Parce que le thorium et le potassium sont radioactifs, ils font partie des signatures géochimiques les plus fiables que nous ayons sur Mars, " dit Susko. "Ils agissent comme des balises émettant leurs propres photons gamma. Ces éléments se couplent également souvent dans les environnements volcaniques de la Terre. »

Dans leur nouveau papier, Susko et ses collègues ont commencé à reconstituer l'histoire géologique d'Elysium, une vaste région volcanique sur Mars caractérisée par une chimie étrange. Ils ont cherché à découvrir pourquoi certaines coulées de lave d'Elysium sont si inhabituelles sur le plan géochimique, ou pourquoi ils ont des niveaux si bas de thorium et de potassium. Est-ce parce que, comme d'autres chercheurs l'ont soupçonné, les glaciers situés dans cette région ont depuis longtemps modifié la chimie de surface par des processus aqueux ? Ou est-ce parce que ces coulées de lave sont issues de différentes parties du manteau de Mars que d'autres éruptions volcaniques sur Mars ?

Peut-être que le manteau a changé avec le temps, ce qui signifie que les flux d'éruptions volcaniques les plus récentes diffèrent chimiquement des plus anciens. Si c'est le cas, Susko pourrait utiliser les propriétés géochimiques d'Elysium pour étudier comment le manteau massif de Mars a évolué au cours du temps géologique, avec des informations importantes pour les futures missions vers Mars. Comprendre l'histoire évolutive du manteau de Mars pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre quels types de minerais précieux et d'autres matériaux pourraient être trouvés dans la croûte, ainsi que si les risques volcaniques pourraient menacer de manière inattendue les missions humaines vers Mars dans un proche avenir. Le manteau de Mars a probablement une histoire très différente de celle du manteau terrestre, car la tectonique des plaques sur Terre est absente sur Mars pour autant que les chercheurs le sachent. L'histoire de l'intérieur en vrac de la planète rouge reste également un mystère.

Susko et ses collègues de LSU ont analysé les données géochimiques et de morphologie de surface d'Elysium à l'aide d'instruments embarqués sur Mars Odyssey Orbiter (2001) et Mars Reconnaissance Orbiter (2006) de la NASA. Ils ont dû tenir compte de la poussière qui recouvre la surface de Mars à la suite de fortes tempêtes de poussière, pour s'assurer que la chimie souterraine peu profonde reflétait réellement le matériau igné d'Elysium et non la poussière sus-jacente.

Grâce au comptage des cratères, les chercheurs ont découvert des différences d'âge entre les régions nord-ouest et sud-est d'Elysium, soit environ 850 millions d'années de différence. Ils ont également constaté que les régions plus jeunes du sud-est sont géochimiquement différentes des régions plus anciennes, et que ces différences concernent en fait des processus ignés, pas des processus secondaires comme l'interaction de l'eau ou de la glace avec la surface de l'Elysée dans le passé.

"Nous avons déterminé que même s'il y avait peut-être eu de l'eau dans cette zone dans le passé, les propriétés géochimiques dans le mètre supérieur dans toute cette province volcanique sont indicatives de processus ignés, " a déclaré Susko. "Nous pensons que les niveaux de thorium et de potassium ici ont été épuisés au fil du temps à cause des éruptions volcaniques sur des milliards d'années. Les éléments radioactifs ont été les premiers à partir lors des premières éruptions. Nous constatons des changements dans la chimie du manteau au fil du temps. »

"Les systèmes volcaniques à longue durée de vie avec des compositions de magma changeantes sont courants sur Terre, mais une histoire émergente sur Mars, " dit James Wray, co-auteur de l'étude et professeur agrégé à la School of Earth and Atmospheric Sciences de Georgia Tech.

Wray a dirigé une étude de 2013 qui a montré des preuves de l'évolution du magma sur un autre volcan martien, Syrtis Major, sous forme de minéraux inhabituels. Mais de tels minéraux pourraient provenir de la surface de Mars, et ne sont visibles que sur de rares volcans sans poussière.

"Chez Elysium, nous voyons vraiment la chimie en vrac changer au fil du temps, en utilisant une technique qui pourrait potentiellement débloquer l'histoire magmatique de beaucoup plus de régions à travers Mars, " il a dit.

Susko spécule que le poids même des coulées de lave d'Elysium, qui composent une province volcanique six fois plus haute et presque quatre fois plus large que sa sœur morphologique sur Terre, Emi Koussi, a fait fondre différentes profondeurs du manteau de Mars à différentes températures. Dans différentes régions de l'Elysée, les coulées de lave peuvent provenir de différentes parties du manteau. En voyant les différences chimiques dans différentes régions de l'Elysée, Susko et ses collègues ont conclu que le manteau de Mars pourrait être hétérogène, avec différentes compositions dans différents domaines, ou qu'il peut être stratifié sous Elysium.

Globalement, Les découvertes de Susko indiquent que Mars est un corps géologiquement beaucoup plus complexe qu'on ne le pensait à l'origine, peut-être en raison de divers effets de chargement sur le manteau causés par le poids des volcans géants.

"C'est plus semblable à la Terre qu'à la Lune, " dit Susko. " La lune est coupée et sèche. Il manque souvent des minéraux secondaires qui se produisent sur Terre en raison de l'altération et des interactions entre l'eau ignée. Depuis des décennies, c'est aussi ainsi que nous imaginions Mars, comme un rocher sans vie, plein de cratères avec un certain nombre de longs volcans inactifs. Nous avions une vue très simple de la planète rouge. Mais plus nous regardons Mars, moins il ressemble à la lune. Nous découvrons une plus grande variété de types de roches et de compositions géochimiques, vu à travers la traversée du Curiosity Rover dans le cratère Gale, et plus de potentiel d'utilisation viable des ressources et de capacité à maintenir une population humaine sur Mars. Il est beaucoup plus facile de survivre sur un corps planétaire complexe contenant les produits minéraux d'une géologie complexe que sur un corps plus simple comme la lune ou les astéroïdes."

Susko prévoit de continuer à clarifier les processus géologiques qui causent l'étrange chimie trouvée autour d'Elysium. À l'avenir, il étudiera ces anomalies chimiques à travers des simulations informatiques, pour déterminer si la recréation des pressions dans le manteau de Mars causées par le poids des volcans géants pourrait affecter la fonte du manteau pour produire le type de chimie observé dans Elysium.