Il y a des milliards d'années, la planète rouge était bien plus bleue; selon des preuves encore trouvées à la surface, une eau abondante a traversé Mars et formé des mares, des lacs, et les océans profonds. La question, alors, Où est passée toute cette eau ?

La réponse :nulle part. Selon de nouvelles recherches de Caltech et JPL, une partie importante de l'eau de Mars, entre 30 et 99 pour cent, est piégée dans les minéraux de la croûte de la planète. La recherche remet en question la théorie actuelle selon laquelle l'eau de la planète rouge s'est échappée dans l'espace.

L'équipe Caltech/JPL a découvert qu'il y a environ quatre milliards d'années, Mars abritait suffisamment d'eau pour avoir recouvert la planète entière d'un océan d'environ 100 à 1, 500 mètres de profondeur; un volume à peu près équivalent à la moitié de l'océan Atlantique de la Terre. Mais, un milliard d'années plus tard, la planète était aussi sèche qu'elle l'est aujourd'hui. Précédemment, les scientifiques cherchant à expliquer ce qui est arrivé à l'eau qui coule sur Mars avait suggéré qu'elle s'était échappée dans l'espace, victime de la faible gravité de Mars. Bien que de l'eau ait effectivement quitté Mars de cette façon, il apparaît maintenant qu'une telle fuite ne peut pas expliquer la majeure partie de la perte d'eau.

"L'évasion atmosphérique n'explique pas complètement les données dont nous disposons sur la quantité d'eau qui a réellement existé sur Mars, " déclare Eva Scheller (MS '20), candidate au doctorat Caltech, auteur principal d'un article sur la recherche qui a été publié par la revue Science le 16 mars et présenté le même jour à la Lunar and Planetary Science Conference (LPSC). Les co-auteurs de Scheller sont Bethany Ehlmann, professeur de sciences planétaires et directeur associé du Keck Institute for Space Studies; Yuk Yung, professeur de sciences planétaires et chercheur principal au JPL ; Danica Adams, étudiante diplômée de Caltech; et Renyu Hu, Chercheur JPL. Caltech gère JPL pour la NASA.

L'équipe a étudié la quantité d'eau sur Mars au cours du temps sous toutes ses formes (vapeur, liquide, et glace) et la composition chimique de l'atmosphère et de la croûte actuelles de la planète grâce à l'analyse des météorites ainsi qu'à l'aide des données fournies par les rovers et orbiteurs de Mars, en regardant en particulier le rapport du deutérium à l'hydrogène (D/H).

L'eau est composée d'hydrogène et d'oxygène :H 2 O. Tous les atomes d'hydrogène ne sont pas créés égaux, toutefois. Il existe deux isotopes stables de l'hydrogène. La grande majorité des atomes d'hydrogène n'ont qu'un seul proton dans le noyau atomique, tandis qu'une infime fraction (environ 0,02%) existe sous forme de deutérium, ou hydrogène dit "lourd", qui a un proton et un neutron dans le noyau.

L'hydrogène plus léger (également connu sous le nom de protium) échappe plus facilement à la gravité de la planète dans l'espace que son homologue plus lourd. À cause de ce, la fuite de l'eau d'une planète via la haute atmosphère laisserait une signature révélatrice sur le rapport du deutérium à l'hydrogène dans l'atmosphère de la planète :il resterait une portion démesurée de deutérium.

Cependant, la perte d'eau uniquement par l'atmosphère ne peut pas expliquer à la fois le signal deutérium/hydrogène observé dans l'atmosphère martienne et les grandes quantités d'eau dans le passé. Au lieu, l'étude propose qu'une combinaison de deux mécanismes - le piégeage de l'eau dans les minéraux dans la croûte terrestre et la perte d'eau dans l'atmosphère - peut expliquer le signal deutérium-hydrogène observé dans l'atmosphère martienne.

Lorsque l'eau interagit avec la roche, l'altération chimique forme des argiles et d'autres minéraux hydratés qui contiennent de l'eau dans le cadre de leur structure minérale. Ce processus se produit aussi bien sur Terre que sur Mars. Parce que la Terre est tectoniquement active, l'ancienne croûte se fond continuellement dans le manteau et forme une nouvelle croûte aux limites des plaques, recycler l'eau et d'autres molécules dans l'atmosphère par le volcanisme. Mars, cependant, est la plupart du temps tectoniquement inactif, et donc le "séchage" de la surface, une fois qu'il se produit, est permanent.

« L'échappement atmosphérique a clairement joué un rôle dans la perte d'eau, mais les découvertes de la dernière décennie des missions sur Mars ont mis en évidence le fait qu'il y avait cet énorme réservoir d'anciens minéraux hydratés dont la formation a certainement diminué la disponibilité en eau au fil du temps, " dit Ehlmann.

"Toute cette eau a été séquestrée assez tôt, et puis jamais repartir, " dit Scheller. La recherche, qui s'appuyait sur des données de météorites, télescopes, observations satellitaires, et des échantillons analysés par des rovers sur Mars, illustre l'importance d'avoir plusieurs façons de sonder la planète rouge, elle dit.

Ehlmann, Hu, et Yung ont précédemment collaboré à des recherches visant à comprendre l'habitabilité de Mars en retraçant l'histoire du carbone, puisque le dioxyde de carbone est le principal constituant de l'atmosphère. Prochain, l'équipe prévoit de continuer à utiliser les données de composition isotopique et minérale pour déterminer le devenir des minéraux azotés et soufrés. En outre, Scheller prévoit de continuer à examiner les processus par lesquels l'eau de surface de Mars a été perdue dans la croûte en utilisant des expériences de laboratoire qui simulent les processus d'altération martienne, ainsi que par les observations de la croûte antique par le rover Persévérance. Scheller et Ehlmann contribueront également aux opérations de Mars 2020 pour collecter des échantillons de roche à retourner sur Terre, ce qui permettra aux chercheurs et à leurs collègues de tester ces hypothèses sur les moteurs du changement climatique sur Mars.

Le papier, intitulé « Séchage à long terme de Mars causé par la séquestration de volumes d'eau à l'échelle de l'océan dans la croûte, " publié dans Science le 16 mars 2021.