«Персеверанс» обнаружил в кратере Езеро вулканические породы вместо осадочных

Марсоход «Персеверанс» обнаружил в кратере Езеро вулканические породы. Это противоречит ожиданиям ученых, которые предполагали увидеть осадочные отложения. Их отсутствие может указывать на то, что озеро на этом месте исчезло слишком быстро, и осадочные породы не успели сформироваться. Две статьи (1 и 2), посвященные результатам работы «Персеверанса», опубликованы в журнале Science.

«Персеверанс» разработали для исследования поверхности Марса, его климата, поиска следов жизни, отбора грунта и скальных пород. Его запустили 30 июля 2020 года, и 18 февраля 2021 года марсоход произвел успешную посадку. «Персеверанс» оборудован рентгенофлуоресцентным спектрометром (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry — PIXL), георадаром, датчиками для измерения температуры, рамановским спектрометром и приборами для оптического, химического и минералогического анализа образцов пород и почвы.

Первая фаза работ началась летом 2021 года и заняла 400 марсианских суток (солов). За это время марсоход исследовал обнажения скал на дне кратера Езеро, вернулся к месту высадки и направился к дельте древней реки. В течении пути ему удалось отобрать восемь кернов горных пород, контрольный образец и образец атмосферы Марса. Кроме того, он подтвердил, что на дне кратера Езеро существовало озеро.

Вторая фаза началась 18 апреля 2022 года. С того момента ровер поднялся вверх по речной дельте, и его целью должны были стать предполагаемые осадочные породы, в которых могли сохраниться следы древней жизни. «Персеверансу» удалось изучить скальные обнажения и получить данные по содержанию химических элементов. Ученые проанализировали их и опубликовали две работы.

Первая статья, опубликованная группой из 71 ученого под руководством Дунью Лю (Dunyu Liu) из Техасского университета в Остине, посвящена магматическим породам кратера: с помощью PIXL ученые определили основные минералы, которые входят в состав породы. Ровер исследовал обнажение в двух точках: вначале углубился на один сантиметр в породу с помощью шлифовальной насадки, а затем выдул пыль из получившейся круглой ямки сжатым азотом. Оказалось, что основная масса породы сложена оливином (около 65 процентов) и пироксеном — авгитом (около 13 процентов). Это распространенные магматические минералы. Взаимоотношение между зернами свидетельствует, что порода образовалась в результате осаждения зерен оливина и пироксена. Такая структура называется кумулятивной.

Между зернами двух основных минералов встречается Na- и К-полевой шпат, Ca-фосфат и Cr-Fe-Ti-окксиды. То есть эти минералы кристаллизовались после оливина и пироксена, суммарно их около 10 процентов. Исследователи интерпретировали, что этот набор минералов сформировался в результате кристаллизации магматического расплава. Кроме того, присутствуют вторичные минералы-силикаты, Fe-Mg карбонаты и Mg-Fe сульфаты, суммарно около 12 процентов. Соотношение оливина и пироксена соответствует верлиту.

Ученые рассмотрели несколько возможных сценариев образования породы. Это могло быть внедрение небольшого силла, кристаллизация лакколита, излияние лавы или импактное событие. Как только магматический расплав начал охлаждаться, стали кристаллизоваться первые зерна оливина и пироксена. После достижения большого размера кристаллы начали опускаться вниз. В конечном итоге зерна опускались на дно, формируя слой за слоем. После в промежутках между кристаллами появились полевые шпаты, оксиды и фосфаты.

Среди нескольких возможных путей образования этих пород, наиболее вероятным ученые называют сценарий, при котором магматический расплав остывал медленно. Такие условия соответствуют внедрению в уже существующие интрузивное тело или в лавовый поток. На данном этапе не достаточно данных, чтобы сказать точнее. Для полноты картины необходимо исследовать концентрации несовместимых элементов, таких как Rb, Sr, La, Sm, Nd, U, Th и других. К сожалению, их в породе очень мало — меньше предела обнаружения PIXL. Удалось измерить только K₂O/TiO₂ и сравнить этот показатель с известными марсианским метеоритами, которые содержат кумуляты оливина или пироксена. В таких метеоритах высокие концентрации несовместимых элементов. Это говорит о том, что порода могла взаимодействовать с высокотемпературным водным флюидом. Альтернативное объяснение заключается в том, что мантия Марса обеднена K, U, Th и другими несовместимыми элементами, которые сосредоточены в коре и верхней мантии планеты. Возможно, это вызвано метасоматическими процессами или деятельностью плюмов.

Вторая статья, опубликованная группой из 114 авторов под руководством Кеннета Фарли (Kenneth Farley) из Калифорнийского технологического института, посвящена вторичным минералам — к двум уже изученным точкам на обнажениях ровер добавил еще две. По составу они соответствуют земным базальтам, правда, с чуть большим содержанием железа и фосфора. Исследователи исключили возможность, что породы состоят из базальтового песчаника, из-за того что отсутствует сортировка между зернами, поры, цемент и следы переноса водными или ветровыми процессами. Вполне вероятно, что изученные базальты и верлиты, исследованные в первой статье, произошли из одного расплава.

Базальты оказались изменены водными процессами в большей степени. В образцах встречаются сульфаты и соединения хлора, карбонаты, вторичные силикаты, оксиды и возможны гидроксиды железа и серпентин. Все это указывает на высокую активность воды в прошлом и на кристаллизацию этих минералов уже после образования базальта. А разнообразие состава солей свидетельствует о том, что они могли кристаллизоваться из разных по составу жидкостей. К тому же, большое количество оксидов железа может говорить о растворении сульфидов. Кстати, на Земле подобные реакции приводят одновременно к образованию сульфатов.

Это исследование важно, поскольку окисление железа в таких процессах как карбонатизация и серпентинизация может дать водород — потенциальный источник энергии наряду с метаном и другими углеводородами, которые могут стать сырьем для синтеза сложных биомолекул. С другой стороны, восстановление нитратов, сульфатов и ионов металлов наряду с разложением углеводородов выступает источником энергии для земных микрооргнанизмов. На Земле, в карбонатных жилах, которые образуются в результате процессов карбонатизации и серпентинизации, могут сохраняться липиды и органические структуры, которые интерпретируют как окаменелые сообщества микроорганизмов. По аналогии на дне кратера Езеро в измененных магматических породах могли остаться следы микроорганизмов, если в древности существовала пригодная для их жизни среда. Однако для этого требуются дополнительные исследования.

Ранее мы писали, что в задачи марсохода входил отбор осадочных пород. О других задачах марсохода и его оборудовании в нашем материале «Марс, туда и обратно».

Александр Марфин