Марс давно вважається планетою, поверхня якої зберігає сліди давніх геологічних процесів. Через надзвичайно сухий клімат багато мінералів, які на Землі швидко розчиняються у воді, на Червоній планеті можуть залишатися майже незмінними протягом мільярдів років. Саме тому марсіанські породи часто розглядають як своєрідний архів, що містить інформацію про умови на планеті в далекому минулому. Нещодавно вчені повідомили про відкриття нового типу сульфатного мінералу, який, імовірно, утворився на Марсі під впливом геотермального тепла.
Дослідження, опубліковане в журналі Nature Communications, описує незвичайну форму сульфату заліза, яка могла сформуватися під час нагрівання стародавніх мінеральних відкладень. Сірка є одним із поширених елементів у марсіанських породах і часто утворює різноманітні сульфатні сполуки разом із металами. На Землі такі мінерали зазвичай швидко руйнуються під дією дощів і води, проте на Марсі їх можуть зберігатися величезні поклади, що виникли ще в ті часи, коли на планеті існували річки та озера.
Вчені вже майже два десятиліття намагалися пояснити дивні спектральні сигнали, які спостерігалися в орбітальних даних над регіоном Вальєс Марінеріс — гігантської системи каньйонів, що простягається на тисячі кілометрів. Ці сигнали свідчили про наявність шаруватих сульфатів заліза з незвичайними властивостями. Щоб зрозуміти їх походження, команда дослідників під керівництвом планетологині Дженіс Бішоп із SETI Institute та дослідницького центру NASA Ames поєднала лабораторні експерименти з аналізом супутникових спостережень.
Науковці зосередилися на двох ділянках поблизу Вальєс Марінеріс. Перша розташована в регіоні Арам Хаос — складному геологічному утворенні на північний схід від каньйонів, де колись існували потужні потоки води. Друга — це плато над каньйоном Ювенте Часма, глибина якого сягає приблизно п’яти кілометрів. Обидві місцевості містять сліди давніх водних систем: канали, русла та відкладення, що свідчать про значно вологіший клімат у минулому.
У цих регіонах вчені виявили концентровані поклади сульфатів, що утворилися, ймовірно, після випаровування водойм, багатих на мінерали. Коли така вода поступово зникала, на її місці залишалися тонкі шари гідратованих сульфатів заліза. Ці відкладення товщиною близько одного метра розташовані між базальтовими породами. Подібна стратиграфія натякає на те, що після їх формування місцевість зазнала нагрівання — ймовірно, через вулканічну активність або осідання гарячого вулканічного попелу.
Щоб пояснити послідовність мінеральних шарів, дослідники провели серію експериментів у лабораторії. Вони відтворили умови, за яких різні типи сульфатів можуть перетворюватися один на інший під впливом температури. З’ясувалося, що полігідратовані сульфати, які містять багато молекул води, при нагріванні приблизно до 50 °C переходять у моногідратовані форми. Якщо ж температура перевищує 100 °C, відбувається подальша хімічна трансформація, у результаті якої утворюється рідкісна сполука — феричний гідроксисульфат.
Саме цей матеріал і став головним кандидатом на роль нового марсіанського мінералу. Його структура відрізняється від відомих земних аналогів, хоча певною мірою нагадує мінерал сомолнокіт — моногідратований сульфат заліза. У лабораторії дослідники показали, що така сполука формується тоді, коли гідратовані сульфати нагріваються у присутності кисню. У процесі реакції атоми водню частково замінюються гідроксильними групами, а залізо переходить у більш окиснений стан. Попри те, що ці зміни на атомному рівні невеликі, вони суттєво змінюють спосіб, у який мінерал поглинає інфрачервоне випромінювання. Саме ця особливість і дозволила виявити його з орбіти за допомогою спектрометра CRISM на борту марсіанських апаратів.
Цікаво, що феричний гідроксисульфат трапляється лише у кількох обмежених ділянках, тоді як інші сульфати поширені значно ширше. Це може означати, що джерела тепла — наприклад, підземні геотермальні системи або вулканічні осередки — існували лише в окремих місцях під поверхнею. Там, де температура була достатньо високою, відбувалася трансформація звичайних сульфатів у нову фазу. Деякі такі поклади можуть і досі бути приховані під шарами інших мінералів.
Важливою деталлю є те, що для реакції потрібен кисень. Хоча атмосфера Марса дуже розріджена і складається переважно з вуглекислого газу, невелика кількість кисню там усе ж присутня, і цього достатньо для окиснення заліза в мінералах. У процесі реакції також виділяється вода, що могло впливати на локальні хімічні умови в породах.
Однак, щоб офіційно визнати нову сполуку окремим мінералом, науковці повинні знайти її і на Землі. За правилами мінералогії, новий мінерал має бути ідентифікований у природних умовах, а не лише синтезований у лабораторії. Якщо аналогічні кристалічні структури виявлять у земних породах, це підтвердить статус відкриття.
Результати дослідження також мають ширше значення для розуміння історії Марса. Перетворення сульфатів потребує температур понад 100 °C, що значно перевищує сучасні поверхневі умови на планеті. Це означає, що у відносно недавньому геологічному минулому деякі регіони Марса могли бути значно активнішими, ніж вважалося раніше. Вулканізм або геотермальна енергія могли підтримувати локальні гарячі середовища, де вода, тепло та хімічні реакції взаємодіяли між собою.
Такі умови є особливо цікавими для астробіологів. На Землі подібні геотермальні системи часто пов’язані з екстремофільними мікроорганізмами, які здатні існувати у гарячих і багатих на мінерали середовищах. Хоча прямих доказів життя на Марсі поки що немає, виявлення мінералів, що формуються за участі води, тепла й кисню, допомагає визначити місця, де потенційно могли існувати придатні для життя умови.
Таким чином, відкриття нового типу сульфатного мінералу не лише розв’язує давню загадку марсіанських спектральних сигналів, а й відкриває нові сторінки в історії геологічної еволюції Червоної планети. Воно свідчить про те, що Марс міг залишатися хімічно активним значно довше, ніж вважалося, а його поверхня приховує ще багато таємниць, які лише починають розкриватися завдяки сучасним космічним дослідженням.
