Астрономическое сообщество получило новые данные о геологическом составе Марса. В ходе анализа информации, собранной орбитальными аппаратами, был идентифицирован необычный сульфат железа. Его спектральные характеристики отличаются от известных минералов, что позволяет предположить открытие принципиально нового соединения.
Сера является распространенным элементом на марсианской поверхности и обычно входит в состав сульфатов. На Земле подобные соединения быстро разрушаются под воздействием жидкой воды. Однако экстремальная сухость марсианского климата способствует сохранению этих минералов в течение геологических эпох, делая их ценными носителями информации об эволюции планеты.
Изучение минералогии является ключом к реконструкции прошлых условий на Марсе. Каждый минерал формируется при определенных параметрах температуры, давления и химического состава среды. Таким образом, идентификация новых соединений позволяет уточнить модели исторических климатических и геологических процессов на Красной планете.
Обнаружение потенциально нового сульфата железа на Марсе подчеркивает сложность и уникальность минералогии планеты. Этот факт расширяет научные представления о геохимических процессах в условиях, отличных от земных, и подтверждает ценность орбитальных исследований для планетологии.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, сообщает об обнаружении на Марсе сульфата железа, который может являться ранее неизвестным минералом. Сера широко распространена на Марсе и обычно соединяется с другими элементами, формируя сульфатные минералы. На Земле большинство сульфатов легко растворяются в дождевой воде. Однако Марс характеризуется чрезвычайной засушливостью, что позволяет этим минералам сохраняться в течение миллиардов лет и удерживать свидетельства древних условий окружающей среды.
Каждый минерал обладает уникальной кристаллической структурой и физическими свойствами. К известным примерам относятся гипс и гематит. Ученые анализируют данные с орбитальных космических аппаратов, чтобы идентифицировать минералы на поверхности Марса и реконструировать условия окружающей среды, в которых они сформировались. В течение почти двух десятилетий исследований ученые были озадачены сульфатами железа на Марсе, которые создают необычные спектральные сигналы.ы. Новое исследование, проведенное доктором Дженис Бишоп, старшим научным сотрудником Института SETI и Исследовательского центра Эймса НАСА в Кремниевой долине, теперь идентифицировало и охарактеризовало необычную фазу гидроксисульфата железа. Команда проводит лабораторные эксперименты с орбитальными наблюдениями за Марсом, чтобы лучше понять эти материалы. Их результаты дают новые сведения о движении тепла, воды и стихийного ветра в окрестностях марсианского ландшафта.
«Мы исследовали два сульфатсодержащих участка вблизи обширной системы каньонов Валлес Маринерис, которые выявили загадочные спектральные полосы, наблюдаемые по орбитальным данным, а также слоистые сульфаты и интригующую геологию», — сказал он. — сказал Бип.
Учебные площадки возле долины Маринерис
Исследования были объединены в двух областях, близких к Долине Маринерис, одной из самых низких систем каньонов в Солнечной системе. Одно из мест — Арам Хаос, расположенное на северо-востоке от системы каньонов, где древняя вода когда-то текла на стороне более низкой местности на севере. Второй участок расположен на плато над каньоном Хувентае, каньоном глубиной 5 км, расположенным к северу от долины Маринерис.
Плато Ювента (над пропадаю Ювенте)
Этот регион возле скалы Валлес Маринерис сохранил последствия более влажного прошлого. Древние источники, прорезанные текущей водой, пересекают ландшафт. Ученые обнаружили сульфатные минералы, микроскопические на небольшой территории, которые, вероятно, образовались, когда лужи воды, богатые сульфатами, постепенно испарялись. Когда вода исчезла, остались гидратированные сульфаты железа.
Эти минералы, в том числе гидроксисульфат железа, встречаются в пределах слоев толщиной примерно метр, расположенных как над, так и под базальтовыми материалами. Их положение предполагает, что позже они подверглись воздействию солнечного света, лавы или вулканического пепла после того, как образовались.
«Исследование морфологии и стратиграфии четырех композиционных единиц для определения формальных связей возраста между этими различными элементами», — сказала доктор Кэтрин Вайц, соавтор исследований и старший научный сотрудник Института планетарных наук.
Свидетельства Арама Хаоса
Сульфатные минералы широко распространены во всем регионе Долины Маринерис, особенно в суровых ландшафтах, называемых хаотичными ландшафтами. Ученые полагают, что эти области образовались, когда сильные наводнения давным-давно изменили форму поверхности. Когда вода испарилась, она оставила слоистые отложения сульфатов железа и магния, которые были на гораздо более влажной Марсе в прошлом.
В хаотической местности, образовавшейся внутри древнего ударного кратера, самые верхние слои содержат полигидратные сульфаты. Под ними залегают моногидратные сульфаты и гидроксисульфаты железа.
Как тепло преобразует марсианские сульфаты
Каждый из этих типов сульфатов имеет отличную спектральную подпись, которую можно назвать с орбиты с помощью инструмента CRISM. Поначалу расположение этих минеральных слоев было трудно объяснить. Лабораторные эксперименты помогли решить загадку. Исследователи обнаружили, что нагревание полигидратных сульфатов до 50°C превращает их в моногидратные формы. При температуре выше 100°С содержится гидроксисульфат железа. Эти результаты показывают, что геотермальное тепло, вероятно, изменило минералы после их отложения.
Полигидратные и моногидратные сульфаты встречаются на больших территориях региона. Гидроксисульфат железа встречается гораздо реже и встречается лишь в нескольких небольших местах. Ученые подозревают, что под землей когда-то существовали более теплые геотермальные источники, создающие условия, необходимые для создания этих минералов. Дополнительные приложения могут оставаться погребенными под слоями моногидратных сульфатов.
Лабораторные эксперименты выявили минеральные превращения
Исследователи из Института SETI и НАСА Эймс провели лабораторные эксперименты, чтобы проследить, как развиваются эти минералы. Процесс с розенита (Fe2+SO4·4H2O), который начинается в каждой элементарной ячейке по четыре молекулы воды. При нагревании он превращается в шомольнокит (Fe2+SO4·H2O), состоящий из одной молекулы воды. При длительном нагревании используется гидроксисульфат железа, где ОН заменяет H2O в минеральной воде.
«Наши эксперименты показывают, что этот гидроксисульфат железа применяется только при нагревании гидратированных сульфатов железа в развитии кислорода», — сказал он. сказал постдокторант доктор Йоханнес Мейсбургер из НАСА Эймс. «Хотя изменения в атомной реакции происходят очень мало, эта реакция меняет способ разделения древних минералов инфракрасного света, который позволяет идентифицировать этот новый минерал на Марсе с помощью CRISM».
Кислород и химические процессы на Марсе
Для этого химического режима требуется газообразный кислород и вода (уравнение 1). Марс в настоящее время имеет тонкую атмосферу, в которой преобладает CO2, но он по-прежнему сохраняет достаточно кислорода для протекания этого процесса, а также для окисления других форм железа.
Уравнение 1: 4 Fe2+SO4·H2O + O2 → 4 Fe3+SO4OH + 2H2O
«Материал, образовавшийся в ходе этих лабораторных экспериментов, вероятно, является новым минералом из-за его уникальной кристаллической структуры и термической стабильности», — сказал он. — сказал Бип. «Однако ученые также должны найти его на Земле, чтобы официально признать его новым минералом».
Ключи к геологической активности Марса
Независимо идентифицированный гидроксисульфат железа имеет кристаллическую структуру, аналогичную шомольнокиту, моногидратному сульфату железа. Однако, по-видимому, он дешевле обходится из розенита, который содержит четыре молекулы воды.
Преобразование гидратированных сульфатов железа в гидроксисульфат железа происходит только тогда, когда температура достигает 100°C, что намного выше, чем типичные условия на поверхности Марса. Сульфаты, наблюдаемые в Арам-Хаосе и Ювенте, включая гидроксисульфат железа, вероятно, образовались позже, чем окружающая местность. Исследователи предполагают, что они могут датироваться амазонским периодом (<3 миллиарда лет назад).
Результаты показывают, что вулканическое тепло на платформе Ювенте и геотермальная энергия под Арамом-Хаосом могут превратить обычные гидратированные сульфаты в гидроксисульфат железа. Это открытие предполагает, что некоторые части Марса в последнее время теряют химические и термические активные свойства, чем раньше, что дает новое представление об развивающейся поверхности планеты и, возможно, ее способности поддерживать жизнь.
Статья «Характеристика гидроксисульфата железа на Марсе и влияние геохимической среды, способствующая его образованию», опубликована в Nature Communications .