Une nouvelle étude montre que l'ancienne Mars disposait probablement d'un approvisionnement suffisant en énergie chimique pour permettre aux microbes de prospérer sous terre.

"Nous avons montré, basé sur des calculs de physique et de chimie de base, que l'ancien sous-sol martien avait probablement suffisamment d'hydrogène dissous pour alimenter une biosphère souterraine mondiale, " dit Jesse Tarnas, un étudiant diplômé de l'Université Brown et auteur principal d'une étude publiée dans Lettres des sciences de la Terre et des planètes . "Les conditions dans cette zone habitable auraient été similaires à celles des endroits sur Terre où la vie souterraine existe."

La Terre abrite ce que l'on appelle des écosystèmes microbiens lithotrophes souterrains, des SliME en abrégé. Manquant d'énergie du soleil, ces microbes souterrains obtiennent souvent leur énergie en éliminant les électrons des molécules dans leur environnement environnant. L'hydrogène moléculaire dissous est un excellent donneur d'électrons et est connu pour alimenter les SLiME sur Terre.

Cette nouvelle étude montre que la radiolyse, un processus par lequel le rayonnement brise les molécules d'eau en leurs parties constituantes d'hydrogène et d'oxygène, aurait créé beaucoup d'hydrogène dans l'ancien sous-sol martien. Les chercheurs estiment que les concentrations d'hydrogène dans la croûte il y a environ 4 milliards d'années auraient été dans la gamme des concentrations qui soutiennent aujourd'hui de nombreux microbes sur Terre.

Les découvertes ne signifient pas que la vie existait définitivement sur l'ancien Mars, mais ils suggèrent que si la vie commençait vraiment, le sous-sol martien avait les ingrédients clés pour le soutenir pendant des centaines de millions d'années. Le travail a également des implications pour l'exploration future de Mars, suggérant que les zones où l'ancien sous-sol est exposé pourraient être de bons endroits pour rechercher des preuves de la vie passée.

Passer sous terre

Depuis la découverte il y a des décennies d'anciens chenaux fluviaux et de lits de lacs sur Mars, les scientifiques ont été tentés par la possibilité que la planète rouge ait pu autrefois abriter la vie. Mais alors que les preuves de l'activité de l'eau dans le passé sont indubitables, il n'est pas clair pour quelle quantité d'eau de l'histoire martienne a réellement coulé. Les modèles climatiques de pointe pour le début de Mars produisent des températures qui culminent rarement au-dessus du point de congélation, ce qui suggère que les premières périodes humides de la planète ont pu être des événements éphémères. Ce n'est pas le meilleur scénario pour maintenir la vie à la surface sur le long terme, et certains scientifiques pensent que le sous-sol pourrait être un meilleur pari pour la vie martienne passée.

« La question devient alors :quelle était la nature de cette vie souterraine, s'il existait, et d'où tirait-elle son énergie ?", a déclaré Jack Mustard, professeur au département de la Terre de Brown, Sciences environnementales et planétaires et co-auteur de l'étude. "Nous savons que la radiolyse contribue à fournir de l'énergie aux microbes souterrains de la Terre, donc ce que Jesse a fait ici était de poursuivre l'histoire de la radiolyse sur Mars."

Les chercheurs ont examiné les données du spectromètre à rayons gamma qui vole à bord du vaisseau spatial Mars Odyssey de la NASA. Ils ont cartographié les abondances des éléments radioactifs thorium et potassium dans la croûte martienne. Sur la base de ces abondances, ils pourraient déduire l'abondance d'un troisième élément radioactif, uranium. La désintégration de ces trois éléments fournit le rayonnement qui entraîne la décomposition radiolytique de l'eau. Et parce que les éléments se désintègrent à des taux constants, les chercheurs pourraient utiliser les abondances modernes pour calculer les abondances il y a 4 milliards d'années. Cela a donné à l'équipe une idée du flux de rayonnement qui aurait été actif pour entraîner la radiolyse.

L'étape suivante consistait à estimer la quantité d'eau qui aurait été disponible pour ce rayonnement à zapper. Des preuves géologiques suggèrent qu'il y aurait eu beaucoup d'eau souterraine bouillonnant dans les roches poreuses de l'ancienne croûte martienne. Les chercheurs ont utilisé des mesures de la densité de la croûte martienne pour estimer approximativement la quantité d'espace poreux qui aurait été disponible pour que l'eau se remplisse.

Finalement, l'équipe a utilisé des modèles géothermiques et climatiques pour déterminer où aurait été le point idéal pour la vie potentielle. Il ne peut pas faire si froid que toute l'eau soit gelée, mais il ne peut pas non plus être trop cuit par la chaleur du noyau en fusion de la planète.

En combinant ces analyses, les chercheurs concluent que Mars avait probablement une zone habitable souterraine globale de plusieurs kilomètres d'épaisseur. Dans cette zone, la production d'hydrogène par radiolyse aurait généré plus qu'assez d'énergie chimique pour soutenir la vie microbienne, sur la base de ce que l'on sait de ces communautés sur Terre. Et cette zone aurait persisté pendant des centaines de millions d'années, concluent les chercheurs.

Les résultats ont résisté même lorsque les chercheurs ont modélisé une variété de scénarios climatiques différents, certains plus chauds, d'autres du côté plus froid. De façon intéressante, Tarnas dit, la quantité d'hydrogène souterrain disponible pour l'énergie augmente en fait dans les scénarios climatiques extrêmement froids. C'est parce qu'une couche de glace plus épaisse au-dessus de la zone habitable sert de couvercle qui aide à empêcher l'hydrogène de s'échapper du sous-sol.

"Les gens ont une conception qu'un climat froid au début de Mars est mauvais pour la vie, mais ce que nous montrons, c'est qu'il y a en fait plus d'énergie chimique pour la vie souterraine dans un climat froid, ", a déclaré Tarnas. "C'est quelque chose qui, selon nous, pourrait changer la perception des gens sur la relation entre le climat et la vie passée sur Mars."

Implications de l'exploration

Tarnas et Mustard disent que les résultats pourraient être utiles pour réfléchir à l'endroit où envoyer des vaisseaux spatiaux à la recherche de signes de vie martienne passée.

"L'une des options les plus intéressantes pour l'exploration est d'examiner les blocs de mégabrèches - des morceaux de roche qui ont été excavés du sous-sol via des impacts de météorites, " dit Tarnas. " Beaucoup d'entre eux seraient venus du fond de cette zone habitable, et maintenant ils sont juste assis, souvent relativement inchangé, à la surface."

Moutarde, qui a été actif dans le processus de sélection d'un site d'atterrissage pour le rover Mars 2020 de la NASA, dit que ces types de blocs de brèche sont présents dans au moins deux des sites envisagés par la NASA :Northeast Syrtis Major et Midway.

"La mission du rover 2020 est de rechercher les signes de la vie passée, " Moutarde a déclaré. " Les zones où vous pouvez avoir des restes de cette zone habitable souterraine - qui a peut-être été la plus grande zone habitable de la planète - semblent être un bon endroit à cibler. "