Древний метеорит позволяет заглянуть в прошлое Марса в его водную среду

Фото из открытых источников

Метеорит, обнаруженный четыре года назад в пустыне Сахара, может быть самым древним из когда-либо найденных на Марсе, сохранившим фрагмент земной коры возрастом более 4,1 миллиарда лет. Хотя анализы еще продолжаются, этот камень весом почти 800 граммов, расколовшийся на восемь частей, уже дает беспрецедентное представление о водной молодости планеты и бросает вызов традиционным представлениям о том, как сформировалась ее кора.

Метеорит, получивший название Teghaza 001, «произведет революцию в нашем представлении о раннем Марсе», — заявил Ли Сапер, геохимик из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL), в своем докладе на конференции по геохимии имени Гольдшмидта. Одно из исследований, посвященное изучению водорода, заключенного в минералах породы, было опубликовано в журнале Science Advances; другое, определяющее его возраст, было принято к публикации в журнале Science и доступно в виде препринта, и в настоящее время ведутся работы по исследованию других метеоритов.

Обломки Марса, выброшенные в космос в результате столкновений, иногда достигают Земли в виде метеоритов. Поскольку марсианская атмосфера имеет характерный набор благородных газов, исследователи могут отличать марсианские метеориты от других космических камней по крошечным количествам газа, заключенного в них. Хотя большая часть поверхности планеты, вероятно, старше 3,5 миллиардов лет, почти все из нескольких сотен известных марсианских метеоритов представляют собой относительно молодые вулканические базальты — твердые, прочные породы, которые лучше выдержали мощное выбрасывание с Марса и прохождение через атмосферу Земли.

До сих пор был известен только один марсианский метеорит, 4,1-миллиардолетний Allan Hills 84001, обнаруженный в Антарктиде в 1984 году, который сохранил кору из первой главы истории Марса. (Другой метеорит, получивший прозвище «Черная красавица», содержит отдельные минеральные зерна возрастом до 4,4 миллиарда лет, но собранные в породу гораздо позже.) Allan Hills предоставил критически важную информацию о раннем Марсе, но полагаться на один образец всегда было неудобно, говорит Лидия Холлис, планетолог из Университета Глазго. Teghaza меняет это. «Мы удвоили количество наших старых метеоритов, — говорит она. — Многие люди, включая меня, захотят получить кусочек этого». (Основная масса метеорита принадлежит Музею минералов и драгоценных камней штата Мэн, который предоставил небольшой образец, использованный в исследованиях.)

Метеорит Teghaza богат цирконами — минеральными кристаллами, которые высоко ценятся геологами, поскольку содержащиеся в них мельчайшие количества урана распадаются на свинец с известной скоростью, что позволяет установить точные часы. Работа, проведенная Янгом Лю, планетологом из Лаборатории реактивного движения (JPL), датирует возраст метеорита более чем 4,1 миллиарда лет. Однако на самом деле порода может быть старше. Когда минеральные зерна плавятся или подвергаются воздействию жидкостей, их часы обнуляются. «У этой породы больше истории, чем у большинства других марсианских метеоритов», — говорит Кристофер Херд, геолог из Университета Альберты, который также участвует в проекте по отбору проб горных пород марсохода НАСА «Персеверанс».

Пожалуй, самым большим сюрпризом в Teghaza является её состав: необычайно высокое содержание кремния. «Это очень странно, мы этого не ожидали», — говорит планетолог Ева Шелле. Большая часть поверхности Марса состоит из базальтов — тёмных вулканических пород, образующихся в результате прямого плавления мантии, подобно океанической коре Земли. В отличие от них, более лёгкие, богатые кремнеземом породы, такие как гранит, обычно требуют многократных эпизодов плавления и химического разделения для образования из базальта. На Земле эти процессы тесно связаны с тектоникой плит, что заставляет многих исследователей предполагать, что на Марсе, где отсутствует активная тектоника, мало гранитоподобной коры.

Эта картина начала меняться. Марсианские орбитальные аппараты обнаружили следы гранитоподобных пород, обнажившихся в результате ударов метеоритов. Плотность коры, определенная по марсотрясениям, зафиксированным посадочным аппаратом NASA Insight, ниже, чем у чистого базальта. Другие марсианские метеориты содержат частицы кварца и родственных минералов, богатых кремнеземом. А марсоход Perseverance, исследующий местность, схожую по возрасту с Teghaza, в прошлом году обнаружил богатое кварцем обнажение, получившее название Планкехольман, которое выглядит почти точно как гранит, как сообщил Лю ранее в этом году на Лунной и планетарной научной конференции.

В совокупности полученные результаты свидетельствуют о том, что даже без тектоники плит Марс — и, возможно, далекие планеты — тем не менее могут создавать сложные магматические системы, способные производить кору с разнообразным составом. Многократное перерождение коры в магму и обратно могло способствовать созданию богатых химических комплексов, необходимых для жизни, говорит Тобермори Маккей-Чемпион, геофизик из Бристольского университета, возглавлявший исследование, опубликованное в прошлом месяце в журнале Nature Astronomy, в котором предлагается такая система. «Разнообразная по составу кора может быть гораздо более распространена на каменистых планетах, чем считалось ранее».

Teghaza также подтверждает свидетельства того, что Марс начал высыхать на очень ранних этапах своей истории. Водород, ключевой компонент воды, является одним из лучших индикаторов наличия воды на планете. Соотношение водорода к его более тяжелому изотопу, дейтерию, в метеорите точно совпадает с измерениями, проведенными в Аллан-Хиллз. Оба показателя указывают на то, что ранний Марс содержал более высокое соотношение водорода к дейтерию, чем сегодня. Поскольку более легкий водород улетучивается в космос легче, чем дейтерий, изменение соотношения подразумевает значительную потерю водорода, а следовательно, и воды.

Древнее магнитное поле Марса защищало атмосферу от заряженных частиц солнечного ветра, уменьшая утечку водорода. Но после исчезновения поля около 3,9 миллиарда лет назад, исследователи полагают, что потеря воды ускорилась. Новые измерения, которые также включают данные о соотношении первичных элементов, из которых сформировалась планета и которые сохранились в ее мантии, показывают, что эта потеря уже активно происходила 4,1 миллиарда лет назад. «Это результат быстрой потери водорода из молодой марсианской атмосферы», — сказал Сапер.

Исследователи ожидают, что Teghaza преподнесет еще больше сюрпризов. В породе отчетливо видны следы изменений, вызванных водой или другими жидкостями в земной коре, но список возможных источников довольно длинный. Более тщательное изучение этого фрагмента раннего Марса может показать, напоминала ли планета вулканически активный, измененный водой ландшафт, который, по мнению многих геологов, существовал на Земле в течение первых нескольких сотен миллионов лет, говорит Джеймс Дэй, геохимик из Института океанографии Скриппса. Пока что, добавляет он, «похоже, что так и есть».