Na Marsie jest minerał, którego nie ma na Ziemi. Fantastyczne odkrycie
Skały w okolicach Valles Marineris kryją ślad minerału, jakiego nie znamy z natury na Ziemi. To może zmienić historię marsjańskiej geologii.
Mars, choć dziś wydaje się martwą pustynią, po raz kolejny udowadnia, że w jego skałach zapisano zadziwiająco żywą historię. Naukowcy znaleźli tam ślad minerału, który może nie występować naturalnie nigdzie na Ziemi. Ta niepozorna, żelazista skała nie tylko wygląda w widmie nietypowo. Może zmienić nasze wyobrażenia o tym, jak długo na Marsie działały gorące źródła, wulkany i chemia sprzyjająca życiu.
Zagadka z Valles Marineris. Gdzie rodzi się nowy minerał?
Naukowcy koncentrują się na dwóch miejscach związanych z jednym z najbardziej spektakularnych regionów Marsa – systemem kanionów Valles Marineris. To gigantyczne pęknięcie w skorupie planety, rozciągające się na tysiące kilometrów, z nawarstwionymi osadami, starymi osuwiskami i pozostałościami po dawnych rzekach.
Pierwszy badany obszar to Aram Chaos, czyli chaotyczny teren w dawnym kraterze, gdzie powierzchnia wygląda, jakby ktoś ją złamał na kawałki i nierówno podniósł. Takie krajobrazy wiąże się zazwyczaj z katastrofalnymi powodziami: podziemne zbiorniki wody nagle się opróżniały, grunt zapadał, a ogromne ilości cieczy wyrywały i przemieszczały skały. Po tym epizodzie zostały na Marsie grube pakiety siarczanów żelaza i magnezu.
Drugi rejon to płaskowyż nad Juventae Chasma, jednym z głębokich, sięgających około 5 km kanionów leżących na północ od głównego systemu Valles Marineris. Tam widać ślady dawnego, wilgotnego klimatu: wyschnięte koryta, rozgałęziające się kanały i małe zagłębienia, gdzie kiedyś zbierała się woda. W takich lokalnych zagłębieniach powstały soczewki siarczanów, wytrącających się z powoli parujących, słonych kałuż.
W obu tych miejscach dane z orbitera ujawniły podobną strukturę warstw. Na górze dominują tzw. siarczany poliuwodnione, zawierające kilka cząsteczek wody w każdej jednostce sieci krystalicznej. Niżej pojawiają się siarczany jednouwodnione, a jeszcze głębiej coś, co pasuje do nowej fazy – wodorotlenosiarczanu żelaza, w której część wody została zastąpiona przez grupy wodorotlenowe (OH). Taki układ był na początku trudny do wyjaśnienia bez laboratoryjnego wsparcia.
Laboratorium na Ziemi odtwarza marsjański piec
Aby zrozumieć, co dokładnie widzą z orbity, zespół odtworzył marsjańskie siarczany w ziemskim laboratorium. Na start wzięto rozenit, żelazisty siarczan z czterema cząsteczkami wody na jednostkę chemiczną. To klasyczny przedstawiciel siarczanów poliuwodnionych. Podczas kontrolowanego ogrzewania rozenit przechodził w kolejny etap – szomolnokit, siarczan jednouwodniony, w którym w strukturze pozostaje już tylko jedna cząsteczka wody.
Im cieplej i sucho, tym mniej wody w minerałach. Jednak przy temperaturach przekraczających około 100 st. C zaczyna dziać się coś ciekawszego. Część cząsteczek H2O znika, a ich miejsce w sieci krystalicznej zajmują grupy OH. Tak powstaje żelazisty hydroksysiarczan, który już nie jest zwykłym wysuszonym siarczanem, tylko strukturalnie innym minerałem.
Istotne jest to, że taka przemiana wymaga nie tylko ciepła, ale też tlenu. Reakcja, którą opisują badacze, można zapisać w uproszczeniu tak:
4 Fe²⁺SO₄·H₂O + O₂ → 4 Fe³⁺SO₄OH + 2 H₂O
Żelazo przechodzi ze stanu dwuwartościowego (Fe²⁺) w trójwartościowy (Fe³⁺), powstaje nowa sieć krystaliczna, wydziela się woda, a widmo w podczerwieni, czyli sposób, w jaki minerał pochłania i odbija światło, zmienia się dramatycznie. To właśnie ta zmiana widma pozwoliła dopasować dane z orbitera do próbek ogrzewanych w laboratorium.
Minerał widziany tylko z orbity. Dlaczego Mars ma przewagę nad Ziemią?
Badacze przekonują, że materiał otrzymany w laboratorium to najprawdopodobniej nowy minerał w sensie mineralogicznym: stabilna, powtarzalna struktura o unikalnych właściwościach. Jest jednak pewien haczyk. Żeby Międzynarodowe Stowarzyszenie Mineralogiczne oficjalnie uznało go za nowy minerał, trzeba znaleźć takie ziarna w naturalnych skałach na Ziemi. Jak na razie znamy go z prób ogrzewanych w piecu i ze skał, które znajdują się na innej planecie.
To właśnie tutaj Mars zyskuje przewagę. Jego ekstremalna suchość i brak intensywnego obiegu wody sprawiają, że raz powstałe siarczany mogą przetrwać w niezmienionej formie od czasów, gdy na Ziemi życie dopiero raczkowało. Z kolei lokalne źródła ciepła – gorące plamy magmy pod skorupą, geotermalne systemy w kraterach czy epizodyczne wylewy lawy – mogły podpiekać te osady przez tysiące lat, stopniowo zmieniając ich skład.
Na naszej planecie takie delikatne układy chemiczne najczęściej rozmywa deszcz, erozja i późniejsze procesy geologiczne. Krótko mówiąc, Ziemia ciągle sprząta po własnej przeszłości, podczas gdy Mars zachowuje dawne eksperymenty natury jak w archiwum.
Co nowa skała mówi o cieple i tlenie na Marsie?
To, że minerał pojawia się tylko w wąskich strefach, otoczonych o wiele bardziej pospolitymi siarczanami poli- i jednouwodnionymi, samo w sobie jest już wskazówką. Oznacza, że w konkretnych miejscach musiało być cieplej, niż w otoczeniu i że ten stan utrzymywał się wystarczająco długo, by minerały zdążyły przejść pełną przemianę. Na płaskowyżu Juventae takim źródłem ciepła mogły być intruzje magmy i depozyty gorącego popiołu wulkanicznego. W Aram Chaos wskazywany jest geotermalny piec pod dnem dawnego jeziora w kraterze.
Nie mniej istotny jest udział tlenu. Dzisiejsza atmosfera Marsa jest wyjątkowo rzadka i zdominowana przez dwutlenek węgla, ale wciąż zawiera śladowe ilości tlenu cząsteczkowego. To w zupełności wystarcza, by na przestrzeni geologicznego czasu utleniać związki żelaza i przeprowadzać takie reakcje jak ta, która tworzy minerał.
Przeczytaj także:
Transformacje siarczanów w temperaturach powyżej 100 st. C sugerują, że w Amazonie, czyli w ostatniej dużej epoce geologicznej Marsa, trwającej mniej niż 3 mld lat, miejscami panowały warunki znacznie bardziej dynamiczne, niż jeszcze niedawno zakładano. To już nie tylko zimny, powoli wietrzejący świat, lecz planeta, która w późnym okresie potrafiła lokalnie zagotować swoje osady.
A tam, gdzie ciepło spotyka wodę i reagujące minerały, naukowcy od razu myślą o potencjale dla życia – choćby tylko mikrobiologicznego, dawno wymarłego.
