Askfall från forntida vulkanexplosioner är den troliga källan till en konstig mineralfyndighet nära landningsplatsen för NASA:s nästa Mars-rover, finner en ny studie. Forskningen, publiceras i tidskriften Geologi , skulle kunna hjälpa forskare att sammanställa en tidslinje för vulkanisk aktivitet och miljöförhållanden på tidiga Mars.

"Detta är ett av de mest påtagliga bevisen hittills för tanken att explosiv vulkanism var vanligare på tidiga Mars, sa Christopher Kremer, en doktorand vid Brown University som ledde arbetet. "Att förstå hur viktig explosiv vulkanism var på tidiga Mars är ytterst viktigt för att förstå vattenbudgeten i Mars magma, grundvattenmängd och atmosfärens tjocklek."

Vulkanexplosioner inträffar när gaser som vattenånga löses i underjordisk magma. När trycket på den lösta gasen är högre än vad stenen ovanför kan hålla, det exploderar, skickar ett brinnande moln av aska och lava upp i luften. Forskare tror att den här typen av utbrott borde ha inträffat mycket tidigt i Mars historia, när det fanns mer vatten tillgängligt för att blandas med magma. När planeten torkade ut, de vulkaniska explosionerna skulle ha dött ut och gett vika för mer utsvävande vulkanism – en mildare utströmning av lava på ytan. Det finns gott om bevis på en utströmmande fas på Mars yta, men bevis på den tidiga explosiva fasen har inte varit lätt att upptäcka med orbitala instrument, säger Kremer.

Denna nya studie tittade på en fyndighet belägen i en region som heter Nili Fossae som länge har varit av intresse för forskare. Fyndigheten är rik på mineralet olivin, vilket är vanligt i planetariska interiörer. Det tyder på att fyndigheten härrör från djupt underjordisk, men det har inte varit klart hur materialet kom till ytan. Vissa forskare har föreslagit att det är ännu ett exempel på ett utsvävande lavaflöde. Andra har föreslagit att materialet muddrades upp av ett stort asteroidnedslag - det nedslag som bildade den jättelika Isidisbassängen där fyndigheten sitter.

För denna studie, Kremer och kollegor från Brown använde högupplösta bilder från NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter för att titta på fyndighetens geologi i detalj. Kremers medförfattare till arbetet är kollegan Brown doktorand Mike Bramble, och Jack Mustard, en professor vid Browns Department of Earth, Miljö- och planetvetenskap och Kremers rådgivare.

"Detta arbete avvek metodologiskt från vad andra människor har gjort genom att titta på den fysiska formen av terrängerna som består av denna berggrund, " sa Kremer. "Vad är geometrin, tjockleken och orienteringen av lagren som utgör den. Vi upptäckte att den explosiva vulkanismen och askfallsförklaringen markerar alla rätt rutor, medan alla alternativa idéer för vad denna fyndighet kan vara inte överensstämmer i flera viktiga avseenden med vad vi observerar från omloppsbana."

Arbetet visade att avsättningen sträcker sig över ytan jämnt i långa kontinuerliga lager som draperar jämnt över kullar, dalar, kratrar och andra funktioner. Den jämna fördelningen, Kremer säger, är mycket mer förenlig med aska än lavaflöde. Ett lavaflöde skulle förväntas samlas i låglänta områden och lämna tunna eller obefintliga spår i höglandet.

Och de stratigrafiska förhållandena i området utesluter ett ursprung associerat med Isidis-påverkan, säger forskarna. De visade att insättningen ligger ovanpå funktioner som är kända för att ha kommit efter Isidis-evenemanget, tyder på att själva insättningen kom efter också.

Askfallsförklaringen hjälper också till att redogöra för fyndighetens ovanliga mineralsignaturer, säger forskarna. Olivinen visar tecken på utbredd förändring genom kontakt med vatten - mycket mer förändring än andra olivinavlagringar på Mars. Det är vettigt om det här var aska, som är porös och därför känslig för förändringar av små mängder vatten, säger forskarna.

Allt sagt, forskarna säger, dessa omloppsdata lutar starkt mot ett askfallsursprung. Men teamet behöver inte bara förlita sig på orbitaldata länge. NASA:s Mars2020 rover är planerad att landa i Jezero Crater, som sitter i olivinfyndigheten. Och det finns exponeringar av fyndigheten i kratern. Den olivinrika enheten kommer nästan säkert att vara ett av roverns utforskningsmål, och det kan ha sista ordet om vad denna insättning är.

"Det som är spännande är att vi snart får se om jag har rätt eller fel, " sa Kremer. "Så det är lite nervkittlande, men om det inte är ett askafall, det kommer förmodligen att bli något mycket främmare. Det är lika roligt om inte mer."

Om det visar sig vara aska, Kremer säger, den validerar metodiken som används i denna studie som ett sätt att titta på potentiella askfallsavlagringar på andra håll på Mars.

Men vad rovern än hittar kommer att vara viktigt för att förstå utvecklingen av den röda planeten.

"En av Mars 2020s topp 10 upptäckter kommer att ta reda på vad denna olivinbärande enhet är, sa Senap, Kremers rådgivare. "Det är något folk kommer att skriva och prata om länge."