Genom att titta på en forntida marsmeteorit som landade i Saharaöknen, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare och medarbetare har bestämt hur och när den röda planetens jordskorpa topografiska och geofysiska klyftan bildades.

Northwest Africa (NWA) 7034 är den äldsta marsmeteoriten som hittills upptäckts, cirka 4,4 miljarder år gammal. Meteoriten är en breccia (den innehåller en mängd olika stenar i skorpan som blandades ihop och sedan sintrade genom uppvärmning) och är det enda provet från Mars med en komposition som är representativ för den genomsnittliga Marsskorpan. Meteoriten gav forskarna en unik möjlighet att studera den antika skorpan på Mars.

Teamet tillämpade ett antal radioisotopiska dateringstekniker för att fastställa att klyftan (eller dikotomi) mellan planetens kraftigt kratrerade södra högland och de jämnare slätterna i norra låglandet bildades före bildandet av NWA 7034 för 4,4 miljarder år sedan. Denna forntida tidsålder överensstämmer med ett gigantiskt anslagsursprung för jordskorpans dikotomi. Forskningen visas i 23 maj-upplagan av tidskriften Vetenskapliga framsteg .

"Om Mars-skorpans dikotomi bildades som ett resultat av en gigantisk påverkan, och tillgänglig data och modellering tyder på att detta är troligt, historien om NWA 7034 kräver att den bildades mycket tidigt i planetens historia, före 4,4 miljarder år sedan, " sa LLNL kosmokemist Bill Cassata, huvudförfattare till tidningen.

Dikotomin är en skarp kontrast mellan södra halvklotet och norra. De två hemisfärernas geografi skiljer sig i höjd med 1 till 3 kilometer (km). Marsskorpans genomsnittliga tjocklek är 45 km, med 32 km i det norra låglandet och 58 km i det södra höglandet. Det norra låglandet utgör ungefär en tredjedel av Mars yta och är relativt platt. De andra två tredjedelarna av Mars yta är höglandet på södra halvklotet. Skillnaden i höjd mellan hemisfärerna är dramatisk (höglandet är mycket bergigt och vulkaniskt). Tre stora hypoteser har föreslagits för ursprunget till skorpdikotomin:endogen (genom mantelprocesser), engångspåverkan eller flera påverkningar.

Teamet satte sig för att bestämma när och hur jordskorpans dikotomi bildades.

Baserat på nya radioisotopmätningar och i samband med andra publicerade data, teamet fastställde att alla stenar som så småningom inkorporerades i NWA 7034 breccia var placerade för cirka 4,4 miljarder år sedan i "källterrängen" (den jordskorpkällregion som de olika brecciakomponenterna härrör från). Resultaten visar att denna terräng var föremål för långvarig metamorfos i samband med ett stort plymmatat vulkaniskt centrum från ~1,7 till 1,3 miljarder år sedan. Områdets omfattning av stora, plymmatade vulkancentra på Mars är tusentals kvadratkilometer, och källterrängen var sannolikt jämförbar i storlek. Till sist, de visade att stenen fördes samman för ~200 miljoner år sedan eller mer nyligen. När de ses tillsammans, data från NWA 7034 visade att stora vulkaniska terränger överlevde inom några km från Mars yta sedan> 4400 miljoner år sedan. Detta indikerar att dikotomi bildades före 4,4 miljarder år sedan, eftersom nära stenar skulle ha begravts eller förstörts av den dikotomibildande händelsen.

"Denna tvärvetenskapliga studie, att kombinera både traditionella och innovativa geokemiska tekniker har gett oss några spännande nya insikter om tidpunkterna för stora processer som format unga Mars, sa Caroline Smith, chef för Earth Sciences Collections, huvudkurator för meteoriter vid Naturhistoriska museet och ytterligare en författare på tidningen.

Detta teams resultat har viktiga konsekvenser för vår förståelse av när och hur en av de äldsta, och mest utmärkande, globala geologiska egenskaper på Mars bildades.

"Denna studie visar att flera radioisotopiska dateringssystem som återställs av olika metamorfa processer kan användas för att reta ut den termiska historien för ett prov under miljarder år, sa Cassata.