Planetforskare från Brown University har föreslagit ett nytt scenario för bildandet av gamla lermineraler på Mars som, om det visar sig vara sant, kunde skriva om den röda planetens tidiga historia.

Det finns tusentals gamla fyllosilikathällar på Mars yta. Fyllosilikater, eller leror, bildas genom växelverkan mellan vatten och vulkaniskt berg, fick många forskare att dra slutsatsen att det måste ha varit ihållande ytvatten, grundvatten eller aktiva hydrotermiska system någon gång i Mars -historien. Men den nya forskningen, publiceras i tidskriften Natur , antyder att lerorna kan ha bildats under skapandet av själva Marsskorpan, långt innan något vatten rann på planeten.

Uppbackad av labbexperiment och datormodeller, forskarna reder ut hur scenariot skulle ha fungerat. I det mycket tidiga solsystemet, Mars och andra steniga planeter tros ha täckts av oceaner av smält magma. När Mars magmahav började svalna och stelna, vatten och andra lösta flyktiga ämnen skulle avgasas till ytan, bildar en tjock, ångande atmosfär som omger planeten. Fukten och värmen från det högtrycksångbadet skulle ha omvandlat stora delar av den nyligen stelnade ytan till lera. När planeten sedan utvecklades under miljarder år, vulkanisk aktivitet och asteroidbombardement skulle ha täckt lerorna på vissa ställen och grävt ut dem på andra, vilket leder till den utbredda men fläckiga utbredningen som ses på ytan idag.

"Grundreceptet för att göra lera är att du tar sten och lägger till värme och vatten, sa Kevin Cannon, en postdoktor vid University of Central Florida som ledde forskningen samtidigt som han avslutade sin Ph.D. på Brown. "Den här ursprungliga atmosfären som skapats av ett magmahav hade varit den hetaste och våtaste Mars någonsin har varit. Det är en situation där du genomgående kan förändra skorpan och sedan blanda om materialet efteråt."

Cannon och hans medförfattare säger att scenariot erbjuder ett sätt att skapa utbredda leravlagringar som inte kräver ett varmt och vått klimat eller ett ihållande hydrotermiskt system på tidig Mars. Toppmoderna klimatmodeller tyder på en tidig Mars där temperaturen sällan kröp över fryspunkten och där vattenflödet på ytan var sporadiskt och isolerat.

"En av komplikationerna som kommer upp i Mars evolution är att vi inte kan skapa ett scenario där ytvätring hade kapacitet att producera den omfattning av mineralförändringar som vi ser, sa Jack Mustard, en professor vid Browns Department of Earth, Miljö- och planetvetenskap och studiemedförfattare. "Vi försöker verkligen inte utesluta andra förändringsmekanismer helt. Ytvittring och andra typer av förändringar inträffade säkert vid olika punkter i Mars historia, men vi tror att detta är ett rimligt sätt att förklara mycket av den utbredda lera vi ser i de äldsta Mars-terrängerna."

För att visa att den mekanism de föreslår är trolig, forskarna syntetiserade stenprover som matchade sammansättningen av basalt från mars. De använde sedan en högtrycksanordning för att återskapa temperatur- och tryckförhållanden som kan ha funnits bland ångatmosfären som skapats av ett magmahav. Efter att ha kokat prover i två veckor, teamet kontrollerade om de hade ändrats och i vilken utsträckning.

"Det var verkligen anmärkningsvärt hur snabbt och omfattande denna basalt förändrades, " sa Cannon. "Vid de högsta temperaturerna och trycken, den åt helt igenom basaltpartiklarna. Det är en riktigt intensiv grad av förändring."

Den ångatmosfär som är förknippad med ett magmahav kunde ha överlevt så länge som 10 miljoner år eller mer, Säger Cannon och hans kollegor. Det skulle ha varit tillräckligt länge, de uppskattar, att skapa så mycket som tre kilometer lera på den ursprungliga Mars-ytan.

För att få en uppfattning om vad den lerans öde kan bli när planeten utvecklades, forskarna skapade en datormodell för att simulera en platta av Marsskorpa med ett tre kilometer långt lerlager ovanpå. Sedan simulerade de de första miljarderna av Mars geologiska historia - den period då vulkanisk aktivitet och asteroidbombardement var mest utbredd. Modellen visade att begravningen, utgrävning och spridning av leror över tiden skapade en fördelning av exponerade avlagringar liknande det som ses på Mars idag.

"För att sätta några siffror på det, leror täcker cirka 3 procent av de äldsta skorpexponeringarna på Mars, ", sa Cannon. "Vi hittar ungefär samma storleksordning i dessa modeller."

Labexperimenten och simuleringarna kan inte med säkerhet säga att detta scenario inträffade, forskarna säger, men de föreslår en stark hypotes som skulle kunna testas under framtida Mars-utforskning.

"En av de saker jag gillar med det här är att det verkligen är testbart, sa Steve Parman, en geologiprofessor vid Brown och medförfattare till studien. "Med ett returnerat prov, eller kanske till och med med analysutrustningen på en rover, Jag är optimistisk att du kan skilja denna urprocess från någon annan förändringsprocess. "

Om processen verkligen inträffade, det kan ha några intressanta konsekvenser för tidig Mars historia. Förutom att tillhandahålla en mekanism för lerbildning även om Mars var så kall och isig som klimatmodeller antyder, scenariot antyder att stora avlagringar av lera fanns – och fortfarande kan finnas – närvarande under ytan. Dessa avlagringar kan förklara varför Marsskorpan är mindre tät än förväntat för en basaltisk skorpa, säger forskarna. Fyndigheterna skulle också fungera som stora underjordiska lagringsreservoarer för vatten.

"Det skulle potentiellt ha varit ganska mycket vatten instängt i dessa begravda leror, "Sade Parman. "Du kan föreställa dig att om dessa avlagringar värmdes upp av magmatism eller någon annan process skulle de ha släppt ut det vattnet, kanske ger en övergående vattenförsörjning till ytan. Det kan få konsekvenser för tidigare beboelighet."

Senap, som var ordförande för kommittén som fastställde vetenskapsmålen för NASA:s Mars 2020 rover, hoppas att denna nya hypotes kan informera framtida marsforskning.

"Det här skulle vara en riktigt intressant hypotes att testa, " sa han. "Beroende på var rovern slutligen landar, Jag tror att vi kan få rätt prover för att belysa dessa frågor."