Une caractéristique étrange à la surface de Mars a empêché les scientifiques de deviner son origine. C’est un dépôt superficiel d’un minéral qui est plus courant à l’intérieur des planètes. Une nouvelle étude montre que ce minéral intérieur a probablement été ramené à la surface par un ancien volcan explosif.
Nili Fossae est situé dans la région de Syrtis Major sur Mars. C'est près de l'Isidis Planitia, une immense plaine à l'intérieur d'un bassin d'impact sur Mars. Nili Fossae est intéressant en raison des gisements minéraux de la région et de ce que ces gisements nous disent sur Mars. Plus précisément, il contient un important gisement d'olivine minérale, qui se trouve généralement à l'intérieur des planètes.
La question à laquelle cette étude a tenté de répondre est de savoir comment l'olivine a trouvé son chemin vers la surface?
L'Olivine intérieure
Olivine elle-même n'est ni rare ni remarquable. En fait, c'est la principale composante du manteau terrestre. Ce n'est pas rare sur Mars non plus. Le mot olivine recouvre en fait un groupe de minéraux très similaires. D'une part, ils sont tous verdâtres, ce qui explique l'olive de l'olivine.
On les trouve dans les roches ignées, qui sont essentiellement de la lave solidifiée refroidie.
Dans cet esprit, le titre de cet article peut sembler assez évident. Bien sûr, ce dépôt d'olivine provenait d'un volcan. Sinon, comment aurait-il pu remonter à la surface du manteau? Mais la science est une question de détails. Quand, exactement, dans l'histoire martienne, cette olivine a-t-elle été déposée par un volcan? Dans quel contexte cela s'est-il produit et faisait-il partie d'événements plus vastes qui ont façonné Mars? Quel type d'événement volcanique l'a créé?
Ces questions, et la taille du gisement d'olivine en question, sont ce qui rend cette étude intéressante.
L'étude est de l'Université Brown, à Providence, Rhode Island. Les auteurs sont les étudiants diplômés Christopher Kremer et Michael Bramble, et le professeur John Mustard, du Département des sciences de la Terre, de l'environnement et des planètes de l'Université Brown. L'article s'appelle «Un dépôt de cendres riche en olivine sur Mars» et est publié dans la revue Geology.
Nerds minéraux
Il existe un certain type de personnes très intéressées par les minéraux. Loin d'être une obsession inhabituelle et antisociale poursuivie dans un coin éloigné d'un campus universitaire, l'étude des minéraux est un élément constitutif de la science planétaire. Sans notre compréhension des minéraux, nous n'avons aucun espoir de reconstituer l'histoire de la Terre. Nous ignorerions également toutes les autres planètes de notre système solaire, ainsi que les astéroïdes et les météorites.
En ce qui concerne Mars, l'importance de comprendre les minéraux ne peut pas être surestimée. Les types de minéraux que nous voyons, où nous les voyons et comment ils y sont arrivés sont tous des indices pour comprendre Mars. Et lorsque les scientifiques y découvrent un gisement inhabituel de minéraux, ils veulent savoir comment il y est arrivé.
Puzzle martien
Mars est un puzzle. Nous sommes loin de l'achever, mais morceau par morceau, nous commençons à comprendre l'histoire de cette planète. Plus précisément, nous voulons savoir si elle a jamais été habitable et si elle pourrait encore abriter une vie microscopique. On ne peut pas vraiment répondre directement à ces questions: elles doivent être révélées en complétant le puzzle martien.
Ce dépôt inhabituel d'olivine est l'une des pièces du puzzle.
Ce dépôt d'olivine a été découvert pour la première fois en 2003 et présenté dans un article de Science. Ce document annonçait la découverte d'une zone de 30 000 kilomètres carrés contenant environ 30% d'olivine.
La région est remarquable pour sa formation géologique. C'est un domaine de ce qu'on appelle les grabens. Les Grabens sont des vallées avec des escarpements tranchants des deux côtés, causés par le déplacement vers le bas de blocs de terre.
Dans cet article initial, les auteurs ont déclaré que «les failles post-impact de cette zone ont exposé des couches souterraines riches en olivine». Au fil des ans, d'autres chercheurs ont trouvé d'autres explications possibles. Certains ont suggéré une coulée de lave effusive. D'autres ont suggéré que l'olivine avait été draguée par un impact massif. Peut-être le même impact qui a créé l'énorme bassin d'Isidis où se trouve le gisement.
Cette nouvelle étude indique que l'olivine a été déposée par volcanisme explosif.
Explosions volcaniques
Pour la plupart d'entre nous, un volcan est un volcan. Mais il existe différents types. Un type est appelé volcanisme explosif.
"C'est l'un des éléments de preuve les plus tangibles à ce jour pour l'idée que le volcanisme explosif était plus courant au début de Mars", a déclaré Christopher Kremer, un étudiant diplômé de l'Université Brown qui a dirigé les travaux.
Le volcanisme explosif se produit lorsque le magma contient des gaz dissous comme la vapeur d'eau. Ce gaz dissous crée beaucoup de pression dans le magma, et lorsque la roche aérienne ne peut pas résister à la pression, elle explose. Cette explosion envoie une énorme quantité de cendres ardentes et de lave dans l'air.
Comme le volcanisme explosif nécessite de la vapeur d'eau, les scientifiques pensent que ce type d'explosion volcanique s'est produit au début de la vie de Mars, lorsqu'il y avait plus d'eau autour. Au fil du temps, Mars a perdu son eau et l'activité volcanique aurait été moins explosive. Il aurait été remplacé par ce qu'on appelle le volcanisme effusif, qui est plus doux et fait couler la lave à la surface, plutôt que d'exploser dans l'air.
Selon Kremer, il existe de nombreuses preuves de cette phase volcanique effusive dans l'histoire martienne, tandis que les preuves de la phase explosive antérieure ne sont pas si faciles à découvrir, en particulier avec les instruments orbitaux.
«Comprendre l'importance du volcanisme explosif au début de Mars est en fin de compte important pour comprendre le bilan hydrique du magma martien, l'abondance des eaux souterraines et l'épaisseur de l'atmosphère», a déclaré Kremer.
Yeux orbitaux sur Mars
Pour l'instant, tous les scientifiques doivent étudier ce dépôt avec des instruments orbitaux. Kremer et ses collègues ont utilisé des images haute résolution de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la NASA pour étudier la géologie de la région en détail. Comme Kremer l'a dit dans un communiqué de presse, ils ont adopté une approche différente lorsqu'ils ont étudié la région.
"Ce travail s'est écarté méthodologiquement de ce que d'autres ont fait en regardant la forme physique des terrains qui sont composés de ce substratum rocheux", a déclaré Kremer. "Quelle est la géométrie, l'épaisseur et l'orientation des couches qui le composent. Nous avons constaté que l'explication sur le volcanisme explosif et les chutes de cendres coche toutes les bonnes cases, tandis que toutes les autres idées sur ce que ce dépôt pourrait être en désaccord à plusieurs égards importants avec ce que nous observons depuis l'orbite. »
L'une des choses qui différencient ce dépôt des autres zones de coulée de lave effusive est la distribution de la lave elle-même. Alors qu'un écoulement effusif répandrait essentiellement de la roche liquide sur la surface, où il s'accumulerait dans les zones basses, ce dépôt se trouve dans de longues couches continues sur les vallées, les cratères, les collines et d'autres caractéristiques. Selon Kremer, cela est beaucoup plus cohérent avec la décantation des cendres d'une éruption explosive qu'avec la coulée de lave.
Le dépôt continu exclut également le scénario d'impact. L'impact d'Isidis qui a créé le bassin d'Isidis ne peut pas avoir créé une telle couche uniforme de cendres. De plus, les cendres sont déposées sur certaines des caractéristiques créées par l'impact Isidis.
L'état de l'olivine elle-même exclut également le scénario d'impact. L'olivine montre des signes de contact prolongé et étendu avec l'eau. L'olivine a été altérée par ce contact, beaucoup plus que les autres olivines sur Mars. Les auteurs disent que cette olivine n'a de sens que si elle provenait de la chute des cendres, car ces cendres sont beaucoup plus poreuses que les autres roches et auraient permis à l'eau d'entrer en contact avec l'olivine.
Un Rover peut-il résoudre le puzzle?
Il est difficile d'être absolument certain de quelque chose que vous ne pouvez étudier qu'en orbite. Heureusement, un rover se dirige dans cette direction.
En 2020, le rover Mars 2020 de la NASA sera lancé en route vers Mars. Son site d'atterrissage? Le cratère Jezero, qui se trouve à l'intérieur du gisement d'olivine. Il existe des zones exposées d'olivine accessibles au rover, et il semble certain que le rover 2020 l'étudiera.
"Ce qui est excitant, c'est que nous verrons très bientôt si j'ai raison ou tort", a déclaré Kremer. "Donc, c'est un peu angoissant, mais si ce n'est pas une chute de cendres, ça va probablement être quelque chose de beaucoup plus étrange. C’est tout aussi amusant sinon plus. "
"L'une des 10 découvertes les plus importantes de Mars 2020 consistera à déterminer en quoi consiste cette unité olivine", a déclaré Mustard, conseiller de Kremer. "C'est quelque chose que les gens vont écrire et parler pendant longtemps."
Une fois que nous saurons comment cette pièce de puzzle olivine s'intègre, nous saurons quelque chose sur l'ère du volcanisme explosif sur Mars. Par extension, nous saurons quelque chose sur l'eau martienne ancienne. Par extension de cela, nous saurons quelque chose sur l'ancienne atmosphère martienne. De là, nous saurons quelque chose sur l'habitabilité martienne.
Les puzzles ne sont-ils pas amusants?
