Марсианский затор: Метеориты рассказывают историю водной истории Марса

На ладони Джессики Барнс находится древняя мозаика размером с монету из стекла, минералов и горных пород толщиной в прядь шерстяного волокна. Это кусочек марсианского метеорита, известного как «Северо-Западная Африка 7034» или «Черная красавица», который образовался, когда огромный удар скрепил воедино различные кусочки марсианской коры.

Барнс — доцент кафедры планетарных наук в Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны. Она и ее команда химический анализ метеорита Black Beauty и позорный ALH 84001 метеорит — спорно в 1990-х годах, предположительно содержащий марсианские микробы — реконструировать историю Марса воды и планетарные происхождение.

Их анализ, опубликованный сегодня в журнале Nature Geoscience , показал, что Марс, вероятно, получал воду как минимум из двух совершенно разных источников в начале своей истории. Изменчивость, обнаруженная исследователями, подразумевает, что у Марса, в отличие от Земли и Луны, никогда не было океана магмы, полностью охватывающего планету.

«Эти два разных источника воды во внутренней части Марса могли бы рассказать нам о видах объектов, которые были доступны для слияния с внутренними каменистыми планетами», — сказал Барнс. Два разных планетезимала с совершенно разным содержанием воды могли бы столкнуться и никогда не смешиваться полностью. «Этот контекст также важен для понимания прошлой обитаемости и астробиологии Марса».

Чтение воды

«Многие люди пытаются выяснить историю воды на Марсе», — сказал Барнс. «Например, откуда взялась вода? Как долго она находилась в коре (поверхности) Марса? Откуда взялась внутренняя вода Марса? Что вода может рассказать нам о том, как образовался и развился Марс?»

Барнс и ее команда смогли собрать воедино историю воды на Марсе, отыскав подсказки двух типов или изотопов водорода. Один изотоп водорода содержит один протон в своем ядре; это иногда называют «легким водородом». Другой изотоп называется дейтерием, который содержит протон и нейтрон в ядре; это иногда называют «тяжелым водородом». Соотношение этих двух изотопов водорода сигнализирует ученому-планете о процессах и возможном происхождении воды в породах, минералах и стеклах, в которых они находятся.

Метеорит Тайна

В течение 20 лет исследователи регистрировали изотопные отношения марсианских метеоритов, и их данные были повсюду. Похоже, что тенденции были незначительными, сказал Барнс.

Вода, застрявшая в земных породах, — это то, что называется нефракционированным, что означает, что она не сильно отличается от стандартного эталонного значения воды океана — соотношение тяжелого и легкого водорода 1: 6420. Атмосфера Марса, с другой стороны, сильно фракционирована — она ​​в основном населена дейтерием или тяжелым водородом, вероятно потому, что солнечный ветер лишил легкий водород. Измерения от марсианских метеоритов — многие из которых были выкопаны из глубины Марса в результате столкновений — позволили провести измерения между измерениями атмосферы Земли и Марса.

Команда Барнса намеревалась исследовать изотопный состав водорода марсианской коры, в частности, изучая образцы, которые, как они знали, были получены из коры: метеориты Черная красавица и Аллан-Хиллз. Черная красота была особенно полезна, потому что это скопление поверхностного материала из разных точек истории Марса.

«Это позволило нам сформировать представление о том, как выглядела кора Марса на протяжении нескольких миллиардов лет», — сказал Барнс.

Изотопные отношения образцов метеоритов находились примерно посередине между значением для земных пород и атмосферой Марса. Когда результаты исследований сравнивают с предыдущими исследованиями, включая результаты исследования Curiosity Rover, кажется, что это имело место в течение большей части истории Марса, насчитывающей более 4 миллиардов лет.

«Мы подумали, хорошо, это интересно, но тоже немного странно», — сказал Барнс. «Как мы можем объяснить эту дихотомию, когда марсианская атмосфера фракционируется, но кора в основном остается неизменной в течение геологического времени?»

Барнс и ее коллеги также пытались объяснить, почему корка казалась настолько отличной от марсианской мантии, скалы, которая позже лежит ниже.

«Если вы попытаетесь объяснить это довольно постоянное изотопное соотношение коры Марса, вы действительно не сможете использовать для этого атмосферу», — сказал Барнс. «Но мы знаем, как образуются корки. Они образуются из расплавленного материала изнутри, который затвердевает на поверхности».

«Преобладающая гипотеза до того, как мы начали эту работу, заключалась в том, что внутренняя часть Марса была более земной и нефракционированной, и поэтому изменчивость соотношений изотопов водорода в марсианских образцах была обусловлена ​​либо земным загрязнением, либо атмосферной имплантацией, когда она удалялась от Марса». Барнс сказал.

Идея о том, что внутреннее пространство Марса по форме напоминает Землю, возникла в результате одного исследования марсианского метеорита, предположительно возникшего из мантии — внутреннего пространства между ядром планеты и ее поверхностной корой.

Однако Барнс сказал: «Марсианские метеориты в основном строятся повсюду, и поэтому попытка выяснить, что эти образцы на самом деле говорят нам о воде в мантии Марса, исторически была проблемой. Тот факт, что наши данные по коре были такие разные побудили нас вернуться к научной литературе и изучить данные «.

Исследователи обнаружили, что два геохимически различных типа марсианских вулканических пород — обогащенные шерготтиты и обедненные шерготтиты — содержат воду с различными соотношениями изотопов водорода. Обогащенные шерготтиты содержат больше дейтерия, чем истощенные шерготтиты, которые, как они обнаружили, более похожи на Землю.

«Оказывается, что если вы смешиваете различные пропорции водорода из этих двух видов шерготтитов, вы можете получить значение коры», — сказал Барнс.

Она и ее коллеги считают, что шероттиты регистрируют подписи двух разных водородных и, следовательно, водных резервуаров на Марсе. Резкое различие намекает им на то, что более чем один источник мог внести воду на Марс и что у Марса не было глобального магматического океана.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Университетом Аризоны . Оригинал написан Микаилой Мейс. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Джессика Дж. Барнс, Фрэнсис М. МакКуббин, Элисон Р. Сантос, Джеймс М.Д. Дэй, Джереми В. Бойс, Сюзанна П. Швенцер, Ульрих Отт, Ян А. Франки, Скотт Мессенджер, Махеш Ананд, Карл Б. Эйджи. Многочисленные рано сформированные водоемы во внутренних частях Марса . Nature Geoscience , 2020; DOI: 10.1038 / s41561-020-0552-й