Figur 1:Den NWA 7533 zirkonrika meteoriten som innehåller fragment av den antika jordskorpan på Mars. Kredit:Köpenhamns universitet
Analys av en gammal meteorit från Mars tyder på att mineralet zirkon kan finnas rikligt på ytan av den röda planeten.
Genom att bestämma ålder och hafniumisotopsammansättning av zirkon, forskare från Köpenhamns universitet har visat att en population av dessa kristaller kommer från Mars djupa inre. Om forskarna har rätt, det betyder att de unga zirkonerna innehåller information om djupet, Mars otillgängliga inre, ger insikter om planetens inre struktur.
Det uranhaltiga mineralet zirkon är en riklig beståndsdel av jordens kontinentala skorpa, ge information om kontinenternas ålder och ursprung och stora geologiska egenskaper som bergskedjor och jättevulkaner. Men till skillnad från jorden, Mars skorpa är inte utvecklad och liknar sammansättningen den jordskorpa som finns under jordens hav, där zirkon är sällsynt. Därför, zirkon förväntas inte vara ett vanligt mineral på Mars.
"Vi blev ganska förvånade och glada när vi hittade så många zirkoner i denna marsmeteorit. Zirkoner är otroligt hållbara kristaller som kan dateras och som bevarar information som berättar om deras ursprung. Att ha tillgång till så många zirkoner är som att öppna ett tidsfönster in i planetens geologiska historia, " säger professor Martin Bizzarro från GLOBE Institute, som ledde studien.
Teamet undersökte den gamla marsmeteoriten NWA 7533 (Figur 1), kallad "Black Beauty, " som upptäcktes i Marockos öken 2011. Efter att ha krossat 15 gram av denna sten, de extraherade cirka 60 zirkoner. Efter ålder dejtar zirkonerna, de fann att majoriteten av kristallerna går tillbaka till cirka 4,5 miljarder år sedan, själva början av planetens liv. Men de gjorde också en oväntad upptäckt:Vissa zirkoner definierade mycket yngre åldrar, allt från cirka 1, 500 miljoner år ner till 300 miljoner år.
"De här unga åldrarna var en stor överraskning, " säger Bizzarro. "Black Beauty-meteoriten tros komma från Mars södra halvklot, som inte har någon ung vulkanisk terräng. Den enda möjliga källan till dessa unga zirkoner är vulkanprovinsen Tharsis som ligger på planetens norra halvklot, som innehåller stora vulkaner som nyligen var aktiva."
Tharsis-bukten på Mars är en enorm vulkanisk provins som är värd för de största vulkanerna i solsystemet, som är upp till 21 km höga. Forskare tror att denna vulkaniska provins är ett uttryck för mycket djup magmatism som bryter ut på planetens yta. Analogin på jorden är den hawaiiska vulkaniska skärgården, vilket också tros spegla djupt rotad vulkanisk aktivitet. Men på grund av plattektoniken, Stillahavsplattan rör sig ständigt så att istället för att samlas på en enda plats, en kedja av allt yngre vulkanöar har bildats. Eftersom Mars inte har plattektonik, vulkanerna hopar sig på en enda plats, och som resultat, växa till gigantiska storlekar.
Figur 2: Ta reda på Mars interna struktur. En uppväxande plym av primitivt material stiger upp från den djupa manteln, matar en vulkan på planetens yta. Kredit:Köpenhamns universitet
Om Bizzarros lag har rätt, det betyder att de unga zirkonerna kan innehålla information om djupet, Mars otillgängliga inre. Detta är första gången som forskare har hittat direkt tillgång till den röda planetens djupa inre, vilket kan göra det möjligt för dem att avslöja Mars inre struktur och sammansättning.
"Att ha prover av Mars djupa inre är nyckeln. Det betyder att vi nu kan använda dessa zirkoner för att undersöka ursprunget till de flyktiga elementen på Mars, inklusive dess vatten, och se hur det kan jämföras med jorden och andra planeter i solsystemet, " förklarar Mafalda Costa, medförfattare till den nya studien.
Men för att förstå karaktären av det djupa inre Mars, forskarna övergick till analysen av den isotopiska sammansättningen av grundämnet hafnium i samma zirkoner.
"Eftersom hafnium är en viktig elementär beståndsdel i zirkon, den behåller ett minne av var zirkonen bildades, " säger Martin Bizzarro. "Vi fann att hafniumisotopsammansättningen hos de unga zirkonerna inte liknar någon av de kända marsmeteoriterna, vilket indikerar att de unga zirkonerna kommer från en primitiv reservoar som vi inte visste fanns i Mars inre, " han lägger till.
Hafniumisotopsammansättningen hos de unga zirkonerna liknar de mest primitiva föremålen i solsystemet, det är kondritmeteoriter. Dessa ritmeteoriter. Dessa kondritmeteoriter är prover av asteroider som aldrig har modifierats sedan de bildades. Detta innebär att Mars djupa inre i princip inte har modifierats sedan planetens bildande (Figur 2). Förekomsten av en sådan primitiv reservoar förväntas för en planet som saknar plattektonik. I motsats till jorden, där material som bildas vid ytan kontinuerligt återvinns in i det inre av plattektonik, det djupa inre av Mars har förblivit oförändrat sedan planetens födelse och, som sådan, bevarar sin ursprungliga sammansättning.
Till sist, upptäckten att zirkon kan finnas rikligt på Mars yta kan styra den framtida robotutforskningen av planeten, särskilt inom ramen för att returnera prover till jorden.
"Vår studie klargör att ett returuppdrag som är inriktat på att skaffa zirkonhaltiga prover kommer att vara av högt vetenskapligt värde för att förstå Mars geologiska historia, avslutar Martin Bizzarro.
"Den interna strukturen och geodynamiken hos Mars härledd från en 4,2 Gyr zircon record" publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences .
