A Curiosity 3 milliárd éves kőzetmintáiból megérthetjük, hogyan lett a Mars kék bolygóból száraz sivatag

A Marson 3.5 milliárd évvel ezelőtt szárazabb-nedvesebb időszakok váltották egymást, de a hosszú távon a bolygón egyre kevesebb volt a víz, így a Mars fokozatosan elkezdett kiszáradni. Ez derül ki az amerikai űrügynökség, a NASA 2012 óta a bolygón dolgozó Curiosity marsjárójának frissen közölt megfigyeléseiből.

A Curiosityn dolgozó kutatók által írt, a Nature Geoscience folyóiratban október elején közzétett tanulmány jelentőségét az adja, hogy konkrét, felszíni bizonyítékokat szolgáltat a marsi klíma régóta sejtett, több mint 3 milliárd évvel ezelőtti megváltozására. (A szonda küldetésével, eddigi eredményeivel és vizsgálatait lehetővé tévő műszereivel  ebben a cikkünkben foglalkoztunk részletesen.)

A repedéshálózatok ezen a marsi sziklán valószínűleg egy több mint 3 milliárd éves, kiszáradó sárréteg nyomait őrzik.Fotó: NASA/JPL-Caltech

A tanulmányban közölt eredmények a Curiosity által vizsgált, nagy sótartalmú Sutton-szigetnek nevezett formációból származnak, ahol egykor a kutatók szerint sekély, sós tavacskák lehettek, amelyek áradásos és száraz időszakokon váltakozásán mentek keresztül. Ez a felfedezés erős kontrasztban áll a marsjáró által korábban vizsgált rétegekkel, amelyek egy régebbi, tartósan nedvesebb időszakban jöhettek létre.

A Curiosity küldetésének egyik fő célja az volt, hogy feltárja, miként változott a korai Marson a felszínen lévő folyékony víz mennyisége és a bolygó klímája. Ehhez kiváló célpontnak bizonyult a 150 kilométer átmérőjű, nagyjából 3,8 milliárd éves Gale-kráter. Keletkezése után a krátert részben víz által szállított üledék töltötte ki; később pedig, amikor a bolygó klímája a maihoz hasonlóvá, szél által szállított por. Ezt a port, főként a kráterfalhoz közel, a szél eltávolította a kráterből, a talajvíz pedig tovább formálta az üledékes rétegeket. Így nyerte el nagyjából mai formáját a Gale, közel 3 milliárd évvel ezelőtt. A folyamatot kiválóan illusztrálja ez a JPL által készített videó:

A krátert uraló, az aljzathoz képest 5,5 kilométer magas Mt. Sharp (Aeolis Mons) hegyen feljebb haladva a marsjáró egyre fiatalabb rétegekkel találkozik, ami a stabilan nedves klíma helyett nedves-száraz időszakok váltakozására, majd egyre szárazabb környezetre utaló képet mutat.

„Ahogy feljebb haladunk a Mount Sharpon, egy nedvesebbtől szárazabb környezet felé mutató trendet látunk. De ez a trend nem feltétlenül volt lineáris. A legvalószínűbb, hogy kevésbé egyértelmű volt: tartalmazott szárazabb időszakokat, mint amit a Sutton-sziget formációnál láttunk és nedvesebbeket, mint amit a Curiosity által most vizsgált agyagos formációnál tapasztalunk.”

- foglalta össze a jelenlegi képet a Curiosity küldetésének tudományos vezetője, a NASA JPL kutatóintézetében dolgozó Ashwin Vasavada.

Mit talált a marsjáró?

A Curiosity által az elmúlt években vizsgált, agyagos, folyók és tavak által hátrahagyott üledékben ritkán fordultak elő szulfátos ásványok, és akkor is azok későbbi , például talajvíz általi módosulás révén keletkeztek. A Sutton-sziget formációnál azonban megváltozott a helyzet. A marsjáró 30-50 tömegszázalékos kalcium-szulfát-lerakódásokat azonosított, az alapkőzetben szétterülve, egy nagyjából 170 méter vastag üledékrétegben. Emellett egy kisebb területen 26-36 tömegszázalékos hidratált (vízmolekulákat tartalmazó ásvány) magnézium-szulfát-lerakódást is talált.

A Sutton-sziget alján a Curiosity a ChemCam, a kőzetek összetételét meghatározó lézeres spektrométer segítségével tanulmányozta az alapkőzetet. A több ponton végrehajtott mérésekből kiderült, hogy a kőzetek a területen több mint 50 százalékos kiterjedésben tartalmaznak kalcium-szulfát ásványokat. Az APXS (a sziklák összetételének vizsgálatára használt röntgen-spektrométer) független mérései megerősítették a ChemCam eredményeit. A ChemCambe épített megfigyelő kamera segítségével azt is megnézték a szakemberek, hogy vannak-e a kőzetekben utólagos ásványi lerakódások, amelyek felelősek lehetnek a megfigyelt sókoncentrációkért. Mivel ilyeneket nem találtak, egyértelműnek tűnik, hogy a sók az üledékképződés során rakódtak le egy egészen kiterjedt területen, majd elkeveredtek az alapkőzetet létrehozó többi üledékkel.

Elvben a kalcium-karbonát (CaCO3) jelenléte sem kizárható a Sutton-sziget fölött található Murray-formációban, írják tanulmányukban a kutatók, de ezt sem a ChemCam, sem az APXS nem képes közvetlenül detektálni. A Curiosity röntgen-diffrakciós laboratóriuma, a CheMin a Murray-formációból vett fúrási mintában nem azonosított karbonátokat, ami kalcitok hiányára utalhat a területen. Ez a kutatók szerint jelezheti azt, hogy ebben az időben alacsony volt a légkör szén-dioxid-tartalma, esetleg csupán azt, hogy lúgos volt a terület kémhatása, vagy hogy más módon korlátozódott keletkezésük.

A Sutton-sziget felsőbb, nagyjából 10 méter vastag részén a korábbiaktól eltérő, barnás színű alapkőzet ChemCam-vizsgálatai magnéziumot, ként és hidrogént mutattak ki. A szakemberek úgy interpretálják ezt, hogy a réteg barnás-vöröses színű, eróziót jól tűrő kőzeteit tipikus, a Murray-formációnál megfigyelt alapkőzettípus és hidratált-magnézium-szulfát ásványok keveréke alkotja. Ezeknek alacsony a kalcium-szulfát tartalma, magas azonban a molekuláris víztartalmuk a Murray-formáció normálnak tekinthető alapkőzetéhez képest. Bár a magnézium-szulfátokban gazdag réteget nem vizsgálata az APXS, a szonda DAN neutrondetektora megerősítette, hogy az alapkőzet gazdag víztartalmú ásványokban. Ugyanez látszik a terület keringőegységek általi megfigyeléséből.

Fontos, hogy mit nem talált a marsjáró: egy összefüggő, nagy területet, ahol szinte tisztán csak ezek a kalcium-magnézium sók lennének jelen, például mert kirakódtak egy egykori tómeder aljára. Ahogy korábban láttuk, az sem valószínű, hogy a talajvízből kirakódó ásványok által kitöltött repedések felelősek a kiterjedt sólerakódásért.

Egy kiszáradó bolygó

A kutatók szerint a hipotézis, amely összhangban áll a Curiosity által megfigyelt geokémiával és a kőzetek egyéb jellemzőivel, egykori nagy sókoncentrációjú tavacskák jelenlétére utal. Ez alapján a Sutton-szigetnél talált ásványok ezeknek a tavacskáknak a sekély üledékében váltak ki. A tavacskák feltöltődése majd kiszáradása pedig újabb és újabb rétegeket hagyott hátra, hosszú idő alatt létrehozva a közel 170 méteres üledékréteget.

A feljebb található, tehát vélhetően időben fiatalabb magnézium-szulfát sók a kalcium-szulfát rétegekhez hasonlóan keletkeztek, állapították meg a tanulmány szerzői, csak nagyobb koncentrációjú, azaz több sót tartalmazó  tavacskákban, talán még szárazabb körülmények között. Az ebben a rétegben lévő kőzetek töröttsége akár napi vagy évszakos változásokra is utalhat a terület víztartalmában. A kutatók szerint a Sutton-sziget leginkább a mai Bolíviai-magasföldön (Altiplano) található, nagy sókoncentrációs tavakhoz hasonlíthatott.

A nagy-sótartalmú tavakkal tűzdelt síkság, a Bolíviai-magasföldön (Altiplano), a Gale-kráter egykori környezetéhez lehetett hasonló, amikor a marsi környezet nedvesebből szárazabb irányba kezdett változni.Fotó: Maksym Bocharov

Ahogy a szakemberek tanulmányukban kifejtik, a Sutton-szigetnél látott kiszáradó, erősen sós tavacskák lényeges változást jeleznek a Gale-kráter tómedrében és így az egykori marsi éghajlatban. Érdemes azonban hozzátenni, hogy akár ezek a sekély tavacskák is megfelelő élőhelyet adhattak olyan potenciális extremofil mikroorganizmusoknak, amelyek szélsőséges körülmények között is képesek megélni.

A Mt. Sharp magasabb rétegei rejthetik a megoldást

Ennek az éghajlati változásnak okai a kutatók szerint valószínűleg a Mars tengelyferdeségének vagy pályájának megváltozására vezethetők vissza, de olyan hosszabb távú folyamatok is állhatnak a háttérben, amelyek végül a Mars globális kiszáradásához vezettek. A friss megfigyelések igazolják azokat a korábban keringőegységek által gyűjtött adatokat, amelyek a marsi környezet elszulfátosodására és így a marsi klíma fokozatosan szárazabbá válására utalnak a bolygó Hesperian korszakában, nagyjából 3,5 milliárd évvel ezelőtt.

A következő hónapokban a Curiosity egy vélhetően hasonlóan szárazabb környezetben keletkezett, szulfátos ásványokkal borított régió felé veszi az irányt, amely a korábbiakhoz képest magasabban található, a Mt. Sharp hegyen.

A Mt. Sharp (Aeolis Mons) felsőbb rétegei a Curiosity 2017-es felvételén.Fotó: NASA/JPL-Caltech

Ha bebizonyosodik és tartósnak tűnik ez a szárazabb környezet irányába mutató trend, az arra utal, hogy már ezek a mostani eredmények is a bolygó globális kiszáradásának jeleire mutatnak, és nem csak időszakos tengelyferdeség- vagy pályaváltozásokra. A Curiosity vizsgálatai a következő években segíthetnek még pontosabban megérteni, hogyan alakult át a Mars egy „kék-bolygóból” a mai hideg, száraz sivataggá.