Planetforskare från Rice University, NASA:s Johnson Space Center och California Institute of Technology har ett svar på ett mysterium som har förbryllat forskarsamhället på Mars sedan NASA:s Curiosity-rover upptäckte ett mineral som heter tridymit i Gale Crater 2016.

Tridymit är en högtemperatur, lågtrycksform av kvarts som är extremt sällsynt på jorden, och det var inte direkt klart hur en koncentrerad bit av den hamnade i kratern. Gale Crater valdes som Curiositys landningsplats på grund av sannolikheten att den en gång innehöll flytande vatten, och Curiosity hittade bevis som bekräftade att Gale Crater var en sjö så sent som för 1 miljard år sedan.

"Upptäckten av tridymit i en lersten i Gale-kratern är en av de mest överraskande observationerna som Curiosity-rovern har gjort under 10 år av att utforska Mars", säger Kirsten Siebach från Rice, medförfattare till en studie publicerad online i Earth och Planetary Science Letters . "Tridymite förknippas vanligtvis med kvartsbildande, explosiva, utvecklade vulkaniska system på jorden, men vi hittade den i botten av en gammal sjö på Mars, där de flesta vulkanerna är mycket primitiva."

Siebach, biträdande professor vid Rice's Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences, är en uppdragsspecialist på NASA:s Curiosity-team. För att reda ut svaret på mysteriet samarbetade hon med två postdoktorala forskare i hennes forskargrupp Rice, Valerie Payré och Michael Thorpe, NASA:s Elizabeth Rampe och Caltechs Paula Antoshechkina. Payré, studiens huvudförfattare, är nu vid Northern Arizona University och förbereder sig för att gå med i fakulteten vid University of Iowa till hösten.

Siebach och kollegor började med att omvärdera data från alla rapporterade fynd av tridymit på jorden. De granskade också vulkaniskt material från modeller av Mars-vulkanism och undersökte på nytt sedimentära bevis från Gale Crater-sjön. De kom sedan på ett nytt scenario som matchade alla bevis:Mars magma satt längre än vanligt i en kammare under en vulkan och genomgick en process av partiell kylning som kallas fraktionerad kristallisering tills extra kisel var tillgängligt. I ett massivt utbrott spydde vulkanen ut aska innehållande extra kisel i form av tridymit i Gale Crater-sjön och omgivande floder. Vatten hjälpte till att bryta ner askan genom naturliga processer av kemisk vittring, och vatten hjälpte också till att sortera de mineraler som producerades av vittring.

Scenariot skulle ha koncentrerat tridymit och producera mineraler i överensstämmelse med fyndet från 2016. Det skulle också förklara andra geokemiska bevis Nyfikenhet som finns i provet, inklusive opalinsilikater och minskade koncentrationer av aluminiumoxid.

"Det är faktiskt en enkel utveckling av andra vulkaniska stenar vi hittade i kratern," sa Siebach. "Vi hävdar att eftersom vi bara såg detta mineral en gång, och det var mycket koncentrerat i ett enda lager, bröt vulkanen förmodligen ut samtidigt som sjön var där. Även om det specifika provet vi analyserade inte uteslutande var vulkanaska, var det aska som hade blivit vittrad och sorterad efter vatten."

Om ett vulkanutbrott som det i scenariot inträffade när Gale Crater innehöll en sjö, skulle det betyda explosiv vulkanism inträffade för mer än 3 miljarder år sedan, medan Mars övergick från en blötare och kanske varmare värld till den torra och karga planeten den är idag.

"Det finns gott om bevis på basaltiska vulkanutbrott på Mars, men det här är en mer utvecklad kemi," sa hon. "Det här arbetet tyder på att Mars kan ha en mer komplex och spännande vulkanisk historia än vi skulle ha föreställt oss innan Curiosity."

Curiosity-rovern är fortfarande aktiv och NASA förbereder sig för att fira 10-årsjubileet av dess landning nästa månad. + Utforska vidare

Curiosity rover inventerar viktiga livsingredienser på Mars