O minerală posibil nouă pe Marte: identificarea unui sulfat neobişnuit de fier

Sursa foto: Sciencedaily

O echipă de cercetare condusă de oameni de ştiinţă de la SETI Institute şi NASA a semnalat identificarea unui sulfat de fier neobişnuit pe Marte, care ar putea reprezenta o minerală complet nouă. Descoperirea se bazează pe o combinaţie de observaţii orbitale şi experimente de laborator menite să reproducă transformările chimice care au avut loc în depunerile sulfatice vechi ale planetei.

Un indiciu ascuns în depunerile sulfatice

Pe Marte, sulfura şi sărurile sale sunt frecvente şi se combină cu alte elemente pentru a forma minerale sulfatice. Spre deosebire de majoritatea regiunilor de pe Pământ, unde sulfatii se dizolvă uşor sub acţiunea precipitaţiilor, uscăciunea ridicată a mediului marţian a permis acestor minerale să persiste timp de miliarde de ani, conservând informaţii despre condiţiile ambientale din trecut. Cercetătorii au fost interesaţi de depunerile stratificate de sulfaţi care prezintă semnale spectrale atipice detectate din orbită.

Investigaţia şi descoperirea

Studiul, publicat în revista Nature Communications, raportează detectarea unui fază neobişnuită de sulfat feric denumită în raport „ferric hydroxysulfate”. Echipa, condusă de Dr. Janice Bishop, cercetător senior la SETI Institute şi la NASA Ames Research Center, a combinat datele furnizate de instrumentele orbitale cu rezultate experimentale de laborator pentru a identifica şi caracteriza această fază rară. Rezultatele oferă indicii noi despre rolul apei, al căldurii şi al reacţiilor chimice în modelarea suprafeţei marţiene.

Zonele studiate din apropierea Valles Marineris

Cercetarea s-a concentrat pe două zone situate în vecinătatea sistemului de canioane Valles Marineris, unul dintre cele mai impresionante canioane din Sistemul Solar. Prima zonă este Aram Chaos, aflată la nord‑est de Valles Marineris, unde există dovezi că ape antice au curs spre terenuri mai joase la nord. A doua zonă se găseşte pe platoul de deasupra Juventae Chasma, un canion adânc de aproximativ 5 km situat imediat la nord de Valles Marineris.

Platoul Juventae (deasupra Juventae Chasma)

Regiunea din jurul stâncilor Valles Marineris păstrează indicii ale unui trecut mai umed: canale antice săpate de apă curgătoare traversează peisajul. O concentraţie de minerale sulfatice a fost identificată într‑o mică depresiune, probabil rezultatul evaporării unor bălţi cu apă bogată în sulfaţi. Pe măsură ce apa s‑a evaporat, au rămas în urmă sulfaţi feruţi hidrataţi. Mineralele identificate, între care se numără şi ferric hydroxysulfate, apar în straturi subţiri de aproximativ un metru grosime şi sunt poziţionate atât deasupra cât şi dedesubtul unor materiale bazaltice. Această poziţie stratigrafică sugerează expunerea ulterioară la căldură din partea lavei sau a cenuşii vulcanice după formarea lor iniţială.

Dovezi din Aram Chaos

Depozitele de sulfaţi sunt larg răspândite în regiunea Valles Marineris, în special în terenurile denivelate numite chaotic terrains. Se consideră că aceste zone s‑au format în urma unor inundaţii masive care au remodelat suprafaţa în trecut. Pe măsură ce apa s‑a evaporat, au rămas în urma depuneri stratificate de sulfaţi de fier şi magneziu, oferind mărturie pentru un Marte mult mai umed. Într‑un teren haotic format în interiorul unui crater de impact antic, straturile superioare conţin sulfaţi polihidrataţi iar dedesubt se găsesc straturi de sulfaţi monohidrataţi şi ferric hydroxysulfate.

Cum a transformat căldura sulfaţii marţieni

Fiecare tip de sulfat are o semnătură spectrală unică detectabilă din orbită cu instrumentul CRISM. Aranjamentul stratelor minerale a fost iniţial greu de explicat, iar experimentele de laborator au oferit cheile interpretării. Studiile de laborator au demonstrat că încălzirea sulfaţilor polihidrataţi la 50°C îi transformă în sulfaţi monohidrataţi. La temperaturi care depăşesc 100°C apare formarea ferric hydroxysulfate. Aceste rezultate indică faptul că surse geotermale sau activitate vulcanică au modificat mineralele după depunere.

În regiune, sulfaţii polihidrataţi şi monohidrataţi sunt răspândiţi pe suprafeţe extinse, în timp ce ferric hydroxysulfate este mult mai rar şi apare doar în câteva locaţii restrânse. Cercetătorii presupun că sub aceste zone au existat surse de căldură mai calde, capabile să genereze condiţiile necesare formării acestei faze rare. Alte depozite de ferric hydroxysulfate pot rămâne îngropate sub straturi de sulfaţi monohidrataţi.

Experimentele de laborator care au urmărit transformările minerale

Laboratoarele SETI Institute şi NASA Ames au urmărit în detaliu modul în care evoluează aceste minerale pe măsură ce sunt supuse la temperaturi mai mari. Procesul observat începe de la rozenite (Fe2+SO4·4H2O), un sulfat feros care conţine patru molecule de apă în fiecare celulă unitară. Încălzirea transformă rozenita în szomolnokite (Fe2+SO4·H2O), care conţine doar o moleculă de apă pe unitate. Încălzirea continuă favorizează apoi formarea ferric hydroxysulfate, în care gruparea OH înlocuieşte H2O în structura minerală.

Potrivit lui Johannes Meusburger, cercetător postdoctoral la NASA Ames, experimentele sugerează că ferric hydroxysulfate se formează doar când sulfaţii feruţi hidrataţi sunt încălziţi în prezenţa oxigenului. Deşi schimbările din structura atomică sunt minore, reacţia modifică substanţial modul în care aceste minerale absorb radiaţia în infraroşu, ceea ce a permis echipei să identifice această fază nouă pe Marte utilizând observaţiile instrumentului CRISM.

Rolul oxigenului şi reacţiile chimice implicate

Reacţia chimică descrisă de cercetători necesită prezenţa gazului oxigen şi generează apă. Ecuaţia raportată în studiu este:

Ecuaţia 1: 4 Fe2+SO4·H2O + O2 → 4 Fe3+SO4OH + 2 H2O

Deşi atmosfera actuală a lui Marte este subţire şi dominată de CO2, aceasta conţine totuşi suficient oxigen pentru ca astfel de reacţii să aibă loc şi pentru ca formele de fier să se oxideze. Materialul obţinut în urma experimentelor de laborator este probabil o minerală nouă datorită structurii cristaline şi stabilităţii termice distincte.

Ce înseamnă aceste rezultate pentru geologia marţiană

Faza ferric hydroxysulfate are o structură cristalină similară cu szomolnokite, sulfatul feros monohidrat, însă pare să se formeze mai uşor din rozenite, care reţine patru molecule de apă. Transformarea de la sulfaţii feruţi hidrataţi la ferric hydroxysulfate se produce doar la temperaturi care depăşesc 100°C, mult peste condiţiile obişnuite de la suprafaţa marţiană. Sulfaţii observaţi la Aram Chaos şi pe platoul Juventae, inclusiv ferric hydroxysulfate, s‑ar fi format, probabil, mai recent decât teritoriul înconjurător. Cercetătorii sugerează că aceşti depuşi ar putea data din perioada Amazoniană, adică de acum mai puţin de 3 miliarde de ani.

Autorii studiului consideră că încălzirea vulcanică de la nivelul platoului Juventae şi energia geotermală de sub Aram Chaos ar fi putut transforma sulfaţii hidrataţi obişnuiţi în ferric hydroxysulfate. Descoperirea indică faptul că unele regiuni ale lui Marte ar fi rămas active chimic şi termic mai recent decât se presupunea anterior, oferind perspective noi asupra evoluţiei suprafeţei planetei şi a condiţiilor care pot fi relevante pentru posibilitatea susţinerii vieţii.

Publicare şi referinţe

Lucrarea intitulară „Characterization of Ferric Hydroxysulfate on Mars and Implications of the Geochemical Environment Supporting its Formation” a fost publicată în Nature Communications. Autorii citaţi în referinţă includ: J. L. Bishop, J. M. Meusburger, C. M. Weitz, M. Parente, C. Gross, D. Talla, A. M. Saranathan, Y. Itoh, M. R. D. Gruendler, A. E. G. Howells, M. Yeşilbaş, T. Hiroi, B. Schmitt, A. Maturilli, M. Al‑Samir, T. F. Bristow, B. Lafuente şi M. Wildner. Articolul are DOI 10.1038/s41467-025-61801-2.

Pentru detalii suplimentare şi pentru a consulta materialele instituţionale care au însoţit comunicarea ştiinţifică, pot fi accesate paginile instituţiilor implicate şi publicaţia originală. Un rezumat al descoperirii a fost prezentat de SETI Institute, iar rezultatele experimentale şi observaţionale sunt detaliate în articolul din Nature Communications.

Linkuri relevante:

Articolul publicat pe ScienceDaily

Pagina SETI Institute dedicată descoperirii

Lucrarea publicată în Nature Communications (DOI)