|
Недавние вулканические и термальные изменения на Марсе
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, выявило наличие на Марсе сульфата железа, который может представлять собой совершенно новый минерал. Статья называется "Характеристика гидроксисульфата железа на Марсе и влияние геохимической среды, способствующей его образованию".
|
|
|
|
Сера широко распространена на Марсе и в сочетании с другими элементами образует минералы, особенно сульфаты. Хотя большинство сульфатов хорошо растворимы и легко растворяются на Земле во время осадков, на сухой поверхности Марса эти минералы могут сохраняться миллиарды лет и сохранять важные сведения о ранней истории планеты.
|
|
|
|
Каждый минерал обладает уникальной кристаллической структурой и свойствами, включая распространенные минералы гипс и гематит. Ученые используют данные, собранные марсианскими орбитальными аппаратами, для идентификации минералов на поверхности и получения информации о бывших марсианских условиях, которые могли бы способствовать образованию этих минералов.
|
|
|
|
В течение почти 20 лет исследователи были озадачены необычными слоистыми сульфатами железа с уникальной спектральной характеристикой. Теперь исследование, проведенное доктором Дженис Бишоп, старшим научным сотрудником Института SETI и исследовательского центра Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии, позволило выявить и охарактеризовать необычную фазу гидроксисульфата железа, объединив лабораторные эксперименты с наблюдениями с орбиты Марса.
|
|
|
|
|
|
|
Это открытие позволяет по-новому взглянуть на то, как тепло, вода и химические реакции формируют поверхность Марса.
|
|
|
|
"Мы исследовали два сульфатсодержащих участка вблизи обширной системы каньонов Долины Маринерис, которые включали загадочные спектральные полосы, наблюдаемые по орбитальным данным, а также слоистые сульфаты и интригующую геологию", - сказал Бишоп.
|
|
|
|
Исследование включало регион под названием Арам-Хаос, расположенный к северо-востоку от долины Маринерис, где древняя вода стекала в более низкие районы на севере, а также плато над ущельем Ювента, каньоном глубиной 5 км, расположенным к северу от долины Маринерис.
|
|
Плато Ювента (над ущельем Ювента)
|
|
|
|
Этот район, расположенный рядом со скалами Долины Маринерис, содержит сведения о более влажном прошлом Марса. По всему ландшафту видны следы древних водных каналов, но ученые обнаружили сульфаты только в одном небольшом низменном месте, которое, вероятно, осталось после того, как бассейны с богатой сульфатами водой медленно высыхали, образуя гидратированные сульфаты железа.
|
|
|
|
Эти минералы, включая гидроксисульфат железа, проявляются в виде тонких слоев толщиной в метр, залегающих как над базальтовыми породами, так и под ними, что позволяет предположить, что после образования они были нагреты из лавы или пепла.
|
|
|
|
"Изучение морфологии и стратиграфии этих четырех структурных единиц позволило нам определить возраст и соотношение формаций между различными единицами", - сказала доктор Кэтрин Вайц, соавтор исследования и старший научный сотрудник Института планетологии.
|
|
Арам Хаос
|
|
|
|
Исследователи наблюдали сульфатные минералы по всему региону Долины Маринерис, в том числе в труднопроходимых ландшафтах, известных как хаотические местности, — районах, которые, по их мнению, были вырезаны и сформированы мощными наводнениями в прошлом.
|
|
|
|
По мере того как вода постепенно высыхала, она оставляла после себя слоистые отложения сульфатов железа и магния - едва заметные, но убедительные признаки того, что когда-то Марс был гораздо более влажным. В одном хаотичном рельефе, образовавшемся в бывшем ударном кратере, верхние слои содержат полигидратированные сульфаты, в то время как под ними залегают слои моногидратированных и гидроксисульфатов железа.
|
|
|
|
Каждый из этих трех сульфатов обладает отчетливыми спектральными признаками, которые можно идентифицировать с орбиты с помощью прибора CRISM. Хотя стратиграфия этих трех сульфатов поначалу вызывала недоумение, лабораторные тесты показали, что при нагревании полигидратированных сульфатов до 50°C образуются моногидратированные формы, а при нагревании выше 100°C образуется гидроксисульфат железа, что подтверждает идею о том, что геотермальное тепло вызывает трансформацию минералов.
|
|
|
|
Моногидратированные и полигидратированные сульфаты встречаются в широких регионах, в то время как гидроксисульфат железа ограничен лишь несколькими небольшими регионами. Самые теплые геотермальные источники, вероятно, располагались под участками, где сегодня образуется гидроксисульфат железа, хотя еще больше их может быть погребено под моногидратированными сульфатами.
|
|
|
|
Исследователи из Института SETI и НАСА имени Эймса провели лабораторные эксперименты, чтобы определить, как трансформировались эти сульфаты — от розенита (Fe2+SO4*4H2O) с четырьмя молекулами воды на элементарную ячейку до сомолнекита (Fe2+SO4*H2O) с одной молекулой и, наконец, до гидроксисульфата железа, который содержит OH вместо H2O в своем составе. его структура.
|
|
|
|
"Наши эксперименты показывают, что этот гидроксисульфат железа образуется только при нагревании гидратированных сульфатов железа в присутствии кислорода", - сказал постдокторский исследователь доктор Йоханнес Мейсбургер из NASA Ames.
|
|
|
|
"Несмотря на то, что изменения в атомной структуре очень незначительны, эта реакция кардинально меняет способ поглощения инфракрасного света этими минералами, что позволило идентифицировать этот новый минерал на Марсе с помощью CRISM".
|
|
|
|
В результате реакции образуется газообразный кислород и образуется вода (уравнение 1). Сегодня Марс имеет разреженную атмосферу, состоящую в основном из CO2, но в ней все еще достаточно кислорода для протекания этой реакции, 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, скорее всего, является новым минералом из-за его уникальной кристаллической структуры и термостойкости", - сказал Бишоп. "Однако ученые также должны найти его на Земле, чтобы официально признать его новым минералом".
|
|
|
|
Интересно, что этот новый гидроксисульфат железа по структуре похож на сомольнокит, минерал с моногидратированным сульфатом железа, но гидроксисульфат железа легче образуется из розенита, четырехгидратированного минерала.
|
|
|
|
Это превращение из гидратированных сульфатов железа в гидроксисульфат железа происходит только при температурах выше 100°C, что намного выше, чем обычно наблюдается на поверхности Марса. Сульфаты в Арам-Хаосе и Ювенте, включая гидроксисульфат железа, вероятно, образовались гораздо позже, чем местность, на которой они встречаются, возможно, в амазонский период (менее 3 миллиардов лет назад).
|
|
|
|
Это исследование показывает, что тепло, получаемое как от вулканической активности на плато Ювента, так и от геотермальной энергии ниже Арама Хаоса, может превращать обычные гидратированные сульфаты в гидроксисульфат железа.
|
|
|
|
Полученные данные свидетельствуют о том, что некоторые районы Марса были химически и термически активны гораздо позже, чем когда—то полагали ученые, что позволяет по-новому взглянуть на динамичную поверхность планеты и ее потенциал для поддержания жизни.
|
|
|
|
Источник
|
