Crédit :CC0 Domaine Public
Dans la paume de Jessica Barnes se trouve un ancien, mosaïque de verre de la taille d'une pièce de monnaie, des minéraux et des roches aussi épais qu'un brin de fibre de laine. C'est une tranche de météorite martienne, connu sous le nom d'Afrique du Nord-Ouest 7034 ou Black Beauty, qui s'est formé lorsqu'un énorme impact a cimenté divers morceaux de croûte martienne.
Barnes est professeur adjoint de sciences planétaires au Lunar and Planetary Laboratory de l'Université d'Arizona. Elle et son équipe ont analysé chimiquement la météorite Black Beauty et la tristement célèbre météorite Allan Hills 84001 - controversée dans les années 1990 pour avoir prétendument contenu des microbes martiens - pour reconstituer l'histoire de l'eau et les origines planétaires de Mars.
Leur analyse, publié aujourd'hui dans Géosciences de la nature , a montré que Mars a probablement reçu de l'eau d'au moins deux sources très différentes au début de son histoire. La variabilité trouvée par les chercheurs implique que Mars, contrairement à la Terre et à la Lune, jamais eu un océan de magma englobant complètement la planète.
"Ces deux sources d'eau différentes à l'intérieur de Mars pourraient nous dire quelque chose sur les types d'objets qui étaient disponibles pour fusionner à l'intérieur, planètes rocheuses, ", a déclaré Barnes. Deux planétésimaux distincts avec des teneurs en eau très différentes auraient pu entrer en collision et ne jamais se mélanger complètement. "Ce contexte est également important pour comprendre l'habitabilité passée et l'astrobiologie de Mars."
Lire l'eau
"Beaucoup de gens ont essayé de comprendre l'histoire de l'eau de Mars, " a dit Barnes. " Comme, d'où vient l'eau ? Combien de temps est-il resté dans la croûte (surface) de Mars ? D'où vient l'eau intérieure de Mars ? Que peut nous dire l'eau sur la formation et l'évolution de Mars ?"
Barnes et son équipe ont pu reconstituer l'histoire de l'eau de Mars en recherchant des indices de deux types, ou des isotopes, d'hydrogène. Un isotope d'hydrogène contient un proton dans son noyau; cela est parfois appelé « hydrogène léger ». L'autre isotope est appelé deutérium, qui contient un proton et un neutron dans le noyau; cela est parfois appelé « hydrogène lourd ». Le rapport de ces deux isotopes de l'hydrogène signale à un planétologue les processus et les origines possibles de l'eau dans les roches, minéraux et verres dans lesquels ils se trouvent.
Mystère des météorites
Depuis une vingtaine d'années, les chercheurs ont enregistré les rapports isotopiques des météorites martiennes, et leurs données étaient partout. Il semblait y avoir peu de tendance, dit Barnes.
L'eau enfermée dans les roches terrestres est ce qu'on appelle non fractionnée, ce qui signifie qu'il ne s'écarte pas beaucoup de la valeur de référence standard de l'eau de mer - un 1:6, 420 rapport d'hydrogène lourd à léger. l'atmosphère de Mars, d'autre part, est fortement fractionné - il est principalement peuplé de deutérium, ou hydrogène lourd, probablement parce que le vent solaire a enlevé l'hydrogène léger. Les mesures des météorites martiennes - dont beaucoup ont été excavées des profondeurs de Mars par des événements d'impact - ont parcouru toute la gamme entre les mesures de l'atmosphère de la Terre et de Mars.
L'équipe de Barnes a entrepris d'étudier la composition isotopique de l'hydrogène de la croûte martienne en étudiant spécifiquement des échantillons qu'ils savaient provenir de la croûte :les météorites Black Beauty et Allan Hills. Black Beauty a été particulièrement utile car il s'agit d'un mélange de matériaux de surface provenant de nombreux points différents de l'histoire de Mars.
"Cela nous a permis de nous faire une idée de ce à quoi ressemblait la croûte de Mars sur plusieurs milliards d'années, " dit Barnes.
Les rapports isotopiques des échantillons de météorites sont tombés à mi-chemin entre la valeur des roches terrestres et celle de l'atmosphère de Mars. Lorsque les résultats des chercheurs ont été comparés à des études antérieures, y compris les résultats du Curiosity Rover, il semble que cela ait été le cas pendant la majeure partie de l'histoire de Mars, qui a duré plus de 4 milliards d'années.
"Nous pensions, ok c'est intéressant, mais aussi un peu bizarre, " a dit Barnes. " Comment expliquons-nous cette dichotomie où l'atmosphère martienne est fractionnée, mais la croûte reste fondamentalement la même au cours du temps géologique ? »
Barnes et ses collègues ont également tenté d'expliquer pourquoi la croûte semblait si différente du manteau martien, le rocher plus loin qui se trouve en dessous.
"Si vous essayez d'expliquer ce rapport isotopique assez constant de la croûte de Mars, vous ne pouvez vraiment pas utiliser l'atmosphère pour faire ça, " dit Barnes. " Mais nous savons comment se forment les croûtes. Ils sont formés à partir d'un matériau fondu de l'intérieur qui se solidifie à la surface."
"L'hypothèse qui prévalait avant de commencer ce travail était que l'intérieur de Mars était plus semblable à la Terre et non fractionné, et donc la variabilité des rapports isotopiques de l'hydrogène dans les échantillons martiens était due soit à une contamination terrestre, soit à une implantation atmosphérique alors qu'il s'éloignait de Mars, " dit Barnes.
L'idée que l'intérieur de Mars était de composition semblable à la Terre est venue d'une étude d'une météorite martienne qui proviendrait du manteau, l'intérieur entre le noyau de la planète et sa croûte de surface.
Cependant, Barnes a dit, "Les météorites martiennes tracent fondamentalement partout, et donc essayer de comprendre ce que ces échantillons nous disent réellement sur l'eau dans le manteau de Mars a toujours été un défi. Le fait que nos données pour la croûte soient si différentes nous a incités à parcourir la littérature scientifique et à scruter les données. »
Les chercheurs ont découvert que deux types géochimiquement différents de roches volcaniques martiennes - les shergottites enrichies et les shergottites appauvries - contiennent de l'eau avec des rapports isotopiques d'hydrogène différents. Les shergottites enrichies contiennent plus de deutérium que les shergottites appauvries, qui ressemblent plus à la Terre, ils ont trouvé.
"Il s'avère que si vous mélangez différentes proportions d'hydrogène à partir de ces deux types de shergottites, vous pouvez obtenir la valeur crustale, " dit Barnes.
Elle et ses collègues pensent que les shergottites enregistrent les signatures de deux hydrogènes différents et, par extension, eau - réservoirs à l'intérieur de Mars. La différence flagrante leur suggère que plus d'une source pourrait avoir contribué à l'apport d'eau à Mars et que Mars n'avait pas d'océan de magma global.