Les isotopes éclairent le climat martien primitif

Une nouvelle analyse des signatures chimiques mesurées par le rover Curiosity de la NASA donne un aperçu du passé de Mars il y a environ 3,7 milliards d’années, lorsqu’elle était plus chaude et plus humide.

Grâce à des mesures des rapports isotopiques de l’oxygène, une équipe de collaborateurs, comprenant des chercheurs du campus de Caltech et du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, a découvert que le lac qui existait autrefois dans le cratère Gale de Mars subissait une évaporation significative plus tôt que ne le suggèrent la minéralogie et la géochimie des sédiments du lit du lac.

Le processus d’évaporation, bien que courant sur Terre, donne des indices importants sur l’ancien climat martien. La présence de signatures d’évaporation dans les compositions isotopiques de l’eau extraite des minéraux argileux des roches martiennes indique que l’atmosphère martienne était chaude mais également sèche, favorisant l’évaporation des eaux stagnantes.

“‘Chaud’ est relatif”, déclare Amy Hofmann, Ph.D., associée invitée à Caltech et chercheuse scientifique au JPL, que Caltech gère pour la NASA. “Nous parlons d’un peu au-dessus de zéro, mais il faisait suffisamment chaud pour potentiellement soutenir les types de chimies prébiotiques qui intéressent les astrobiologistes.

“C’était une période dynamique dans l’histoire de Mars. La planète était au milieu d’une transition climatique mondiale, mais nous savons grâce aux roches de Gale que la surface de Mars subissait encore une altération chimique et que les eaux du lac avaient un pH à peu près neutre et n’étaient pas particulièrement salées. Ajoutez donc à ce mélange les composés organiques simples découverts précédemment dans ces mêmes roches, et vous obtenez un environnement local incroyablement habitable. “

Hofmann est l’auteur principal d’un article décrivant l’étude, paru dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.

L’étude se concentre sur les isotopes de l’oxygène plutôt que sur les isotopes de l’hydrogène plus couramment étudiés. Le projet est le premier à découvrir de forts enrichissements en oxygène 18 dans un ancien réservoir d’eau martien. L’oxygène 18 est une forme d’oxygène relativement rare qui est plus lourde que son homologue typique, l’oxygène 16, en raison de la présence de deux neutrons supplémentaires. Lorsque l’eau s’évapore, le H₂Les molécules O contenant un atome d’oxygène plus léger ont tendance à être les premières à disparaître, laissant derrière elles de l’eau liquide contenant une concentration plus élevée d’oxygène lourd.

L’équipe a étudié des échantillons collectés par le rover Curiosity entre 2012 et 2021 dans la région du cratère Gale sur Mars. Cette profonde dépression sur Mars montre des signes qu’elle contenait autrefois un grand lac. Le rover a échantillonné des minéraux argileux, connus pour conserver plus précisément les signatures isotopiques de l’oxygène et de l’hydrogène transmises depuis leur formation.

Bien que les rapports isotopiques de l’oxygène dans l’atmosphère de Mars ressemblent assez à ceux de la Terre, l’eau extraite des minéraux argileux présente de forts enrichissements en oxygène plus lourd. Cette découverte indique que l’évaporation se produisait effectivement dans le cratère Gale au moment où ces sédiments se sont déposés.

“Cette découverte de l’équipe du rover Curiosity est une étape importante dans notre longue lutte pour comprendre comment l’eau a façonné la surface de Mars d’une manière qui nous rappelle la Terre mais qui est si différente dans ses détails et ses résultats”, a déclaré le co-auteur John Eiler, professeur Robert P. Sharp de géologie et de géochimie et titulaire de la chaire de leadership Ted et Ginger Jenkins de la Division des sciences géologiques et planétaires.

“Le plus important pour moi est la nouvelle compréhension que nous avons acquise de la manière dont l’atmosphère plus sèche et l’hydrosphère extrêmement changeante de Mars contrôlaient les cycles de vie de ses lacs – sans doute nos meilleures cibles pour découvrir des preuves de la vie ou de ses précurseurs chimiques au-delà de la Terre.”