Avec des missions humaines et de retour d'échantillons vers Mars toujours sur la planche à dessin, les géologues souhaitant étudier la planète rouge s'appuient sur des assistants robotiques pour collecter et analyser des échantillons. Plus tôt cette année, nous avons dit au revoir au rover Opportunity de la NASA, mais Insight a atterri en novembre 2018, et plusieurs agences spatiales ont des missions de rover sur Mars dans leurs livres pour les prochaines années. Mais pendant que nous travaillons sur des moyens de ramener des échantillons de Mars, les géologues peuvent étudier les météorites martiennes qui nous ont été livrées par les forces en jeu dans le système solaire. La Terre est bombardée chaque jour par des tonnes de matériel extraterrestre. La majeure partie provient des comètes de la famille Jupiter et de la ceinture d'astéroïdes, et une grande partie brûle dans l'atmosphère ou atterrit dans les océans, mais les météorites de la Lune et de Mars parviennent à la surface de la Terre. Dans une recherche publiée dans Geochimica et Cosmochimica Acta , les scientifiques ont utilisé une batterie de techniques synchrotron pour enquêter sur une météorite martienne très inhabituelle, dont l'histoire de la vie mouvementée offre un aperçu de l'histoire géologique de Mars.

Environ les deux tiers des météorites des collections mondiales ont été trouvées dans l'Antarctique, où leur couleur plus foncée les rend faciles à repérer contre la neige. (La première expédition dirigée par les Britanniques pour recueillir des météorites dans l'Antarctique est récemment revenue avec 36 échantillons.) La météorite impliquée dans cette recherche, Afrique du Nord-Ouest 8114 (NWA 8114), a été trouvé au Sahara occidental dans le sud du Maroc et vendu en privé par l'intermédiaire d'un marchand marocain de météorites. Il est associé à la météorite «Black Beauty» - NWA 7034 - ce qui signifie qu'il s'agissait autrefois de morceaux de la même roche.

Un échantillon a été mis à disposition pour la recherche scientifique, et les géologues ont découvert que NWA 8114 faisait partie de la première météorite de brèche martienne à avoir été découverte; une brèche est une roche faite de fragments brisés de minéraux ou de roche cimentés ensemble, et ils se forment dans des zones où s'accumulent des fragments anguleux de roches et de débris minéraux. NWA 8114 contient du matériel avec un large éventail d'âges, le plus ancien datant de 4,4 milliards d'années. Cette météorite est plus similaire aux échantillons de surface analysés par les rovers martiens, alors que les météorites martiennes précédentes trouvées sur Terre étaient des roches ignées, formé à partir de magma à un endroit à la fois.

L'auteur principal, le Dr Jane MacArthur, a expliqué que l'équipe de recherche recherchait toute preuve d'interaction eau-roche - par exemple, minéraux qui ne se forment qu'en présence d'eau - et l'état d'oxydation du fer. Elle dit :"Cette météorite particulière doit avoir été impliquée dans plusieurs impacts différents sur Mars, bien que nous ne puissions pas encore dire combien. Il y en a au moins deux - un pour former la brèche, et un pour soulever la roche de Mars et l'envoyer sur Terre."

Sonder la météorite

L'équipe a utilisé une combinaison de quatre techniques d'imagerie synchrotron - et de deux lignes de lumière - pour examiner NWA 8114. Ils ont utilisé la fluorescence X (XRF) pour cartographier l'échantillon afin de trouver les zones d'intérêt, Diffraction des rayons X (XRD) pour identifier les minéraux, X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) pour analyser l'état d'oxydation du fer présent, et la spectromicroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) pour voir des preuves d'hydratation, par la présence de groupes hydroxyde.

L'équipe a trouvé d'étranges pyroxènes (une grande classe de minéraux silicatés formant des roches) qui contenaient des taches de grains d'oxyde de fer oxydés mais non hydratés. Des travaux antérieurs suggèrent que des événements de choc à fort impact peuvent provoquer cela, il est donc lié à l'événement de formation sur Mars. La datation à l'argon de l'une des régions choquées a montré qu'elle avait environ 1,2 milliard d'années. Par comparaison avec des études expérimentales de pyroxène choqué à différentes températures et pressions, l'équipe a pu estimer à quelle profondeur dans la surface de Mars la météorite s'est formée, et le résultat n'était que d'environ 5 mètres de profondeur, ce qui correspond à une roche qui a ensuite été soulevée de la surface par un autre impact.

Les travaux de laboratoire sur NWA 8114 avaient suggéré que certains des oxydes de fer étaient oxydés ou hydratés. XRD sur I18 a confirmé la présence de goethite, un oxyde de fer hydraté qui se forme normalement en présence d'eau, à basse température. Le FTIR sur B22 a confirmé que le minéral était bien hydraté, mais il n'a pas encore été possible de confirmer si cela s'est formé sur Mars ou sur Terre, il est donc supposé être le résultat de l'altération terrestre, bien que l'échantillon attend d'autres tests.

NWA 8114 offre l'opportunité d'examiner l'histoire thermique d'un régolithe martien et d'étudier les processus proches de la surface et les anciennes conditions environnementales à proximité d'un cratère d'impact sur Mars. À l'heure actuelle, elle et ses pierres appariées sont le seul moyen d'étudier les brèches martiennes, et la recherche comme nous donne une longueur d'avance sur l'analyse des types de matériaux qui seraient ramenés de toute future mission de retour d'échantillons de Mars, et informera également les futures missions de rover/collecte d'échantillons.

Le Dr MacArthur n'avait que 4 mois dans son doctorat lorsque le premier temps de faisceau de l'équipe à Diamond est arrivé, mais elle s'était préparée en assistant à l'école d'été Diamond. Elle déclare : "Le personnel de la ligne de lumière a été très utile, notamment dans les domaines de l'utilisation du logiciel et de l'élaboration de l'analyse des données chez Diamond, et après notre départ. C'était génial de les avoir pour répondre aux questions en personne, mais ils ont également répondu aux questions par e-mail par la suite."