Comparaison des Th/U mesurés et intégrés dans le temps dans le zircon. Le panneau a est pour les plus anciens zircons ignés terrestres connus, tandis que le panneau b concerne les plus anciens zircons détritiques terrestres connus d'Australie occidentale. Moyennes intégrées dans le temps calculées à partir du rapport 208Pb/206Pb mesuré et de l'âge 207Pb/206Pb. Les données correspondantes peuvent être trouvées dans Crédit :Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
De nombreux témoignages soutiennent actuellement la présence d'eau liquide sur Mars, où les minéraux hydratés témoignent des processus passés d'altération aqueuse dans les météorites martiennes telles que NWA 7533/7034. Les planétologues visent à estimer le moment de l'altération de la croûte martienne pour aider à comprendre son évolution, la disponibilité d'eau liquide et l'habitabilité sur Mars. Dans une étude récente, Martin Guitreau et Jessica Flahaut à l'Université de Manchester, ROYAUME-UNI., et le Centre National de la Recherche Scientifique en France, ont présenté une nouvelle méthode basée sur les systèmes de datation isotopique U-Th-Pb (Uranium-Thorium-Plomb). En utilisant la technique, Guitreau et Flahaut ont étudié si les cristaux de Zircon ont subi une altération aqueuse à basse température, similaire aux observations avec des cristaux détritiques d'âge Hadéen provenant d'Australie occidentale.
Les données pour les zircons NWA 7533 ont montré des signes d'altération aqueuse, et la modélisation du système isotopique U-Th-Pb en évolution a indiqué que la dernière altération s'est produite à la fin de la période amazonienne (227-56 Ma). La découverte augmente largement la durée pendant laquelle l'eau liquide était disponible près de la surface martienne, suggérant que Mars peut encore être habitable, sur la base des preuves. Les résultats de l'étude sont maintenant publiés sur Communication Nature .
Le zircon est une capsule temporelle robuste largement utilisée en géochronologie U-Pb et dans l'étude des processus magmatiques/métamorphiques sur Terre. Les scientifiques planétaires ont témoigné de ce processus en utilisant du zircon détritique terrestre antérieur à 4378 millions d'années. Néanmoins, l'émission de particules alpha et les cascades de recul α dues à la désintégration de l'U et du Th peuvent endommager le réseau cristallin, provoquant l'accumulation du rayonnement dans le zirconium à des vitesses différentes en fonction des concentrations (rapport) d'U et de Th. Cette étape est définie comme le "premier point de percolation" après lequel les éléments chimiques peuvent être plus facilement mobilisés que dans les cristaux vierges. L'amorphisation progressive peut induire une expansion du réseau cristallin et la formation de fissures dans le zircon pour améliorer la sensibilité du cristal aux événements thermiques, comme observé avec les anciens zircons de Jack Hills, Australie occidentale.
Doses de rayonnement calculées en fonction de Th/U dans le zircon. Les panneaux un, b et c correspondent aux données d'études antérieures. Notez la distribution générale des données en forme d'éventail à ouverture vers le haut au-dessus du premier point de percolation (étape à laquelle les domaines amorphes se connectent). Les données correspondantes peuvent être trouvées dans Crédit :Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
Dans le travail present, Guitreau et Flahaut ont exploré si le découplage entre le Th/U mesuré et intégré dans le temps dans le zircon pouvait représenter des altérations aqueuses à basse température, puis ont décrit les principes de leur nouvelle méthode. Lorsque les scientifiques ont appliqué la méthode aux zircons extraterrestres sur la lune pour comparaison avec les zircons martiens, ils ont obtenu des preuves d'altération aqueuse à basse température sur Mars.
Lorsqu'ils ont modélisé l'évolution des systèmes isotopiques U-Th-Pb du zircon pour déterminer le développement du découplage entre le Th/U mesuré et intégré dans le temps, ils ont découvert que l'altération s'est produite à 1500-1700 Ma; comme un événement beaucoup plus jeune. L'événement correspond à la période amazonienne tardive, qui est généralement considéré comme froid et sec sur Mars. Par conséquent, le présent travail a démontré la disponibilité de l'eau près de la surface martienne dans un passé récent, suggérant sa présence dans le présent.
Pour étudier la sensibilité du zircon, les scientifiques ont pris en compte les modifications chimiques ainsi que la réinitialisation isotopique lors de la préservation du réseau. Pour évaluer ces conditions, ils ont utilisé des critères visuels macroscopiques et des méthodes microscopiques, notamment la microscopie électronique à transmission, Spectroscopie Raman, Diffraction des rayons X, résonance magnétique nucléaire et tomographie par sonde atomique. Un plus simple, L'approche indirecte consiste également à calculer la dose de rayonnement subie par un échantillon de zircon (événements de désintégration alpha par gramme d'échantillon) en utilisant les informations chronologiques fournies par les systèmes d'isotypes U-Pb et les concentrations en U et Th. Par exemple, lorsque les scientifiques ont calculé les doses de rayonnement des ensembles de données sur le zircon de Jack Hills, ils ont montré un découplage entre les rapports Th/U mesurés et intégrés dans le temps dans les domaines du zircon. Dans ce cas, les doses de rayonnement semblent s'accumuler au-delà du premier point de percolation, cependant, le processus nécessitait une vérification avant son utilisation sur des altérations aqueuses au-delà de la Terre.
À GAUCHE :Influence de la mobilité du Pb sur les âges 207Pb/206Pb actuels et Th/U intégré dans le temps. Le panneau (a) montre l'effet de la perte de Pb et de l'addition de Pb sur des âges 207Pb/206Pb déterminés pour un zircon de 4430 Ma avec un Th/U d'origine de 1, tandis que le panneau (b) présente l'effet de la perte de Pb et de l'ajout de Pb sur le Th/U intégré dans le temps pour le même zircon. Les pourcentages à côté des courbes en pointillés correspondent au degré de perte de Pb ou d'addition de Pb. L'âge de perturbation fait référence à l'âge auquel le Pb est perdu ou ajouté. A noter que l'ajout de Pb correspond à une augmentation locale de la concentration de Pb radiogénique et non à l'ajout de Pb commun. Cette figure illustre la grande sensibilité des âges 207Pb/206Pb à la mobilité du Pb alors qu'elle a un effet limité sur le Th/U intégré dans le temps. DROITE :Th/U intégré dans le temps en fonction de celui mesuré pour les zircons martiens. Les données proviennent d'études antérieures. Notez le grand découplage entre Th/U mesuré et intégré dans le temps pour les domaines au sein du zircon Z2 de NWA 7533. Les Th/U mesurés sont également bien en dehors de la plage magmatique commune, autant que ce que l'on peut voir dans les zircons de Jack Hills. Les barres d'erreur représentent deux erreurs standard sur les mesures analytiques. Les données correspondantes peuvent être trouvées dans Crédit :Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
Grâce à des expériences approfondies, Guitreau et Flahaut ont montré que le découplage entre le Th/U mesuré et intégré dans le temps présentait par les zircons terrestres comme proxy des altérations du zircon par les solutions aqueuses à basse température. Après comparaison, les scientifiques ont montré que les zircons lunaires (lune) présentaient un Th/U anormalement élevé conformément à la gamme commune pour le zircon igné (de feu) à base de larve/magma terrestre. Cela était attendu car il n'y a aucune preuve d'eau liquide sur la lune.
De la même manière, Les cristaux de zircon martien obtenus à partir de la météorite NWA 7533 et de la matrice de NWA 7034 ont montré des mesures cohérentes et des rapports Th/U intégrés dans le temps. Sur la base des données existantes et des calculs actuels, Guitreau et Flahaut ont interprété la distribution horizontale comme une preuve d'altérations à basse température des grains de zircon martien par des solutions aqueuses, un peu comme les cristaux d'Australie occidentale. Les résultats actuels utilisant le découplage entre les rapports Th/U mesurés et intégrés dans le temps ont renforcé l'idée de la disponibilité d'eau liquide dans le sous-sol martien. Le phénomène a induit une altération avancée des cristaux de zircon endommagés par les radiations.
Résultats du modèle à deux étages simulant l'évolution du zircon martien. Les modèles ont été exécutés pour des facteurs d'enrichissement en U de 5 pour les panneaux (a) et (b), alors qu'un facteur de 2 a été utilisé pour les résultats présentés dans les panneaux (c) et (d). La pré-altération Th/U a été fixée à 1 pour les modèles présentés dans les panneaux a et c, et il a été fixé à 0,5 dans les panneaux (b) et (d). Les rapports Th/U augmentés par l'altération ont été fixés à 1–27 et 0,5–27, en fonction de la pré-altération Th/U. Les courbes colorées correspondent aux Th/U mesurés dans les domaines Z2 du zircon. L'âge de réinitialisation U-Pb correspond à l'intersection inférieure de la ligne Discordia générale affichée dans une étude précédente et est représenté par une ligne verticale continue. Les lignes pointillées horizontales, qui sont les interceptions entre les courbes colorées et la ligne verticale continue, indiquent le Th/U intégré dans le temps déduit de notre modèle. Les zones grisées entre les valeurs Th/U de 1 et 2 correspondent au Th/U intégré dans le temps présenté par les domaines Z2 du zircon. Ces résultats montrent que les Th/U intégrés dans le temps dérivés du modèle actuel sont plus élevés que ceux présentés par les domaines Z2 du zircon, et, Par conséquent, l'altération à 1700 Ma (ou 1500 Ma) ne peut pas expliquer le découplage observé entre Th/U mesuré et intégré dans le temps dans l'étude. Crédit :Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
Pour comprendre le moment de l'altération aqueuse mariale, Guitreau et Flahaut ont développé un modèle en deux étapes de l'évolution des isotopes U-Th-Pb dans le présent travail. Ils ont testé si un événement d'aberration (déviation) à 1500 ou 1700 Ma aurait pu expliquer le découplage observé entre le Th/U mesuré et contrôlé dans le temps et l'altération du zircon dans NWA 7533. Dans la première étape du modèle, Guitreau et Flahaut ont étudié la formation du zircon à 4430 Ma, suivi de la deuxième étape en tant qu'événement d'altération sur les concentrations croissantes d'U et de Th pour altérer le zircon dans la météorite NWA 7533. En utilisant le modèle en deux étapes, ils ont montré que l'uranium pouvait être enrichi de 2 à 5 fois la concentration d'origine pour correspondre aux données de Jack Hills et de Martian Zircon. Les résultats ont indiqué que les niveaux observés de Th/U auraient pu se produire à 1700 Ma ou 1500 Ma.
Les scientifiques ont ensuite mis en œuvre le modèle avec une étape supplémentaire pour former un modèle en trois étapes, en utilisant les mêmes rapports Th/U et facteurs d'enrichissement en uranium que dans le modèle à deux étages. Les résultats ont montré que si les âges d'altération déterminés restaient très jeunes, les altérations spécifiques enregistrées par les scientifiques se sont produites à la fin de la période amazonienne.
Calendrier de l'évolution de la croûte martienne. Les détails des connaissances sur l'histoire de NWA 7034/7533 et des pierres appariées sont affichés. La cristallisation ignée des zircons et des clastes NWA7034/7533 est dérivée d'études antérieures. Le métamorphisme et les âges d'altération proviennent d'études supplémentaires. La tranche d'âge de la bréchification provient également d'enquêtes antérieures, de même que l'âge d'éjection. Les données correspondantes peuvent être trouvées dans Crédit :Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
De cette façon, Guitreau et Flahaut ont présenté leurs nouvelles données avec des preuves solides provenant d'enquêtes existantes pour indiquer que l'événement d'altération à basse température enregistré dans les zircons NWA s'est produit à la fin de la période amazonienne sur Mars. Ils supposent que la disponibilité de l'eau pour l'altération à la fin de l'Amazonie était probablement contrôlée par l'activité hydrothermale induite par l'impact.
Les observations de la présente étude étaient cohérentes avec une altération post-bréchique (fragmentation de la roche) du zircon, et la plus jeune activité volcanique sur Mars pourrait également avoir joué un rôle en raison des altérations avec la cryosphère actuelle. Les altérations enregistrées des zircons dans la météorite NWA 7533 représentaient le plus jeune épisode d'altération aqueuse persistante signalé jusqu'à présent sur Mars. Les résultats soutiennent le concept selon lequel Mars peut encore être habitable par rapport à la disponibilité prouvée d'eau liquide dans son passé récent.
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