Анализ вулканических пород со дна кратера Езеро, проведенный с помощью инструментов марсохода «Персеверанс», показал, что они еще на ранних этапах истории Марса подверглись серпентинизации ― гидротермальному метаморфизму. В опубликованном в Science Advances исследовании планетологи предположили, что это могло произойти в значительной мере за счет высвобождения воды, содержавшейся в древней магме. Следствием серпентинизации, которая, по-видимому, была достаточно широко распространена в коре Марса, стало поступление в атмосферу водорода, усиливающего парниковый эффект. Кроме того, серпентинизация могла обеспечить условия, благоприятные для микробной жизни.
По данным исследований, проведенных во внутренней части древнего (около 3,9 миллиарда лет) кратера Езеро с помощью ровера «Персеверанс», планетологи обнаружили два массива вулканических пород: более древний Сейтах и перекрывающую его формацию Мааз. Сначала возраст последней оценивался приблизительно в 2,6 миллиарда лет, но георадарные исследования показали, что вулканические отложения появились здесь еще до возникновения кратерного озера ― то есть более трех миллиардов лет назад. Породы обеих формаций оказались изменены взаимодействием с водой, но по-разному. Формация Сейтах обогащена карбонатами, что говорит о воздействии на породообразующий минерал оливин воды с высоким содержанием углекислоты. При этом значительное количество оливина сохранилось ― возможно, из-за того, что содержание воды в породе быстро упало.
В формации Мааз «Персеверанс» карбонатов не нашел, но зафиксировал присутствие железосодержащих слоистых силикатов, и ученые предположили, что вода в этом случае содержала меньше углекислоты, а оливин перешел при взаимодействии с ней в минералы группы серпентина. Серпентинизация считается одним из факторов, повлиявших на эволюцию ранней марсианской атмосферы и гидросферы. Обогащенный железом серпентинит был ранее найден в марсианских метеоритах, а также обнаружился в осадочных породах кратера Гейл. Однако отсутствие геологического контекста в виде первоначальной магматической породы не позволяло выяснить, как протекали процессы серпентинизации на Марсе.
Планетолог Николас Тоска (Nicholas J. Tosca) из Кембриджского университета и его коллеги из Австралии, Великобритании, США и Франции проанализировали геохимические и минералогические данные, собранные на четырех участках формации Мааз, расположенных вдоль границы, отделяющей ее от массива Сейтах. Для их получения использовалось несколько инструментов марсохода «Персеверанс»: рентгенофлуоресцентный спектрометр PIXL, ультрафиолетовый рамановский и люминесцентный спектрометр SHERLOC, набор инструментов для дистанционного химического и минералогического анализа SuperCam и мультиспектральная стереоскопическая камера MastCam-Z.
Исследователи определили текстуру и наиболее вероятный химический и минеральный состав магматической породы формации Мааз. Это базальтовая порода, содержащая пироксен, плагиоклаз и фаялит (железистый оливин). Кроме того, в ней присутствуют продукты гидротермального изменения фаялита: гриналит (минерал группы серпентина), магнетит и слоистый силикат гизингерит, а также сульфатные и хлорсодержащие минералы. Такой результат согласуется с моделью серпентинизации, которой подвергся богатый железом оливин, и позволяет наложить ограничение на температуру, при которой этот процесс был возможен: от 90–110 до 150–200 градусов. Серпентинизация, вероятно, была одним из первых процессов, изменивших эти породы. Выяснилось, что сульфатные минералы заполняют пустоты, на поверхности которых фаялит перешел в гриналит и гизингерит, то есть сульфатный раствор проникал в поры, которые уже образовались в породе в результате серпентинизации.
Тоска и его коллеги указывают на два возможных источника воды, вызвавшей гидротермальные превращения: она могла проникнуть с поверхности либо поступать с глубины, из магмы. Формацию Мааз отличает сильная трещиноватость породы, однако «Персеверанс» не обнаружил никаких признаков вторичной минерализации, связанной с этими трещинами. Кроме того, несмотря на пространственную и стратиграфическую близость пород в массивах Мааз и Сейтах, они заметно отличаются по характеру изменений оливина. Поэтому исследователи склоняются к версии, согласно которой эта вода поступала из магмы во время или после кристаллизации пород Мааз, высвобождаясь при давлениях 100–200 мегапаскалей. В качестве примера ученые приводят докембрийские породы Дулутского интрузивного комплекса в Миннесоте. Они сходны по текстуре и минералогии с изученными образцами формации Мааз и, по изотопным данным, серпентинизация железистого оливина в них была обусловлена высвобождением воды при дегазации магмы.
Хотя масштабы процесса зависели от общего количества летучих компонентов и соотношения углерода и водорода в родительской магме, от скорости охлаждения и типа извержений, авторы исследования полагают, что марсианские магмы в древнейшую эпоху содержали больше воды, чем в более позднее время. Возможно, это связано с отсутствием эффективного механизма регидратации мантии, такого как тектоника плит на Земле. Следовательно, серпентинизация, вызванная поступлением ювенильной воды, могла быть распространенным явлением на древнем Марсе. Между тем гидротермальная метаморфизация оливина, обогащенного железом, сопровождается высвобождением большого количества водорода ― газа, усиливающего парниковый эффект, а значит, существенно влияющего на климатическую обстановку. Кроме того, она могла приводить к образованию метана и сложных углеводородов и обеспечивать энергетическую основу, способную поддерживать примитивную микробную жизнь в водной среде кратера Езеро.
Ранее N + 1 рассказывал о том, как марсоход «Персеверанс» обнаружил на дне кратера Езеро многочисленные следы органических соединений.