Mars aurait probablement eu un passé froid et glacial, selon une nouvelle étude

La question de savoir si Mars a jamais abrité la vie a captivé l’imagination des scientifiques et du public pendant des décennies. La découverte repose sur une meilleure compréhension du climat passé de la voisine de la Terre : la planète était-elle chaude et humide, avec des mers et des rivières très semblables à celles que l’on trouve sur notre propre planète ? Ou était-elle glaciale et donc potentiellement moins susceptible d’abriter la vie telle que nous la connaissons ? Une nouvelle étude apporte des preuves à l’appui de cette dernière hypothèse en identifiant des similitudes entre les sols découverts sur Mars et ceux de Terre-Neuve au Canada, un climat subarctique froid.

L’étude, publiée dans Communications Terre et Environnement, Ils ont cherché sur Terre des sols contenant des matériaux comparables à ceux du cratère Gale de Mars. Les scientifiques utilisent souvent le sol pour décrire l’histoire de l’environnement, car les minéraux présents peuvent raconter l’histoire de l’évolution du paysage au fil du temps.

Une meilleure compréhension de la formation de ces matériaux pourrait aider à répondre à des questions de longue date sur les conditions historiques de la planète rouge. Les sols et les roches du cratère Gale fournissent un enregistrement du climat de Mars il y a 3 à 4 milliards d’années, à une époque où l’eau était relativement abondante sur la planète, et à la même époque où la vie est apparue sur Terre.

« Le cratère Gale est un lit de lac paléo : il y avait évidemment de l’eau. Mais quelles étaient les conditions environnementales lorsque l’eau était là ? », explique Anthony Feldman, pédologue et géomorphologue aujourd’hui au DRI. « Nous ne trouverons jamais d’analogue direct de la surface martienne, car les conditions sont très différentes entre Mars et la Terre. Mais nous pouvons observer les tendances dans les conditions terrestres et les utiliser pour essayer d’extrapoler aux questions martiennes. »

Le rover Curiosity de la NASA étudie le cratère Gale depuis 2011 et a découvert une multitude de matériaux du sol connus sous le nom de « matériaux amorphes aux rayons X ». Ces composants du sol ne possèdent pas la structure atomique répétitive typique qui définit les minéraux et ne peuvent donc pas être facilement caractérisés à l’aide de techniques traditionnelles comme la diffraction des rayons X.

Lorsque des rayons X sont émis sur des matériaux cristallins comme un diamant, par exemple, ils se dispersent selon des angles caractéristiques basés sur la structure interne du minéral. Cependant, les matériaux amorphes aux rayons X ne produisent pas ces « empreintes digitales » caractéristiques. Cette méthode de diffraction des rayons X a été utilisée par le rover Curiosity pour démontrer que les matériaux amorphes aux rayons X représentaient entre 15 et 73 % des échantillons de sol et de roche testés dans le cratère Gale.

« On peut comparer les matériaux amorphes aux rayons X à de la gelée », explique Feldman. « C’est une sorte de soupe de différents éléments et produits chimiques qui glissent les uns sur les autres. »

Le rover Curiosity a également effectué des analyses chimiques sur des échantillons de sol et de roche, et a découvert que le matériau amorphe était riche en fer et en silice, mais pauvre en aluminium. Au-delà des informations chimiques limitées, les scientifiques ne comprennent pas encore ce qu’est le matériau amorphe, ni ce que sa présence implique sur l’environnement historique de Mars. Découvrir plus d’informations sur la façon dont ces matériaux énigmatiques se forment et persistent sur Terre pourrait aider à répondre aux questions persistantes sur la planète rouge.

Feldman et ses collègues ont visité trois sites à la recherche de matériaux amorphes aux rayons X similaires : les plateaux du parc national du Gros-Morne à Terre-Neuve, les montagnes Klamath du nord de la Californie et l’ouest du Nevada. Ces trois sites présentaient des sols serpentineux dont les chercheurs s’attendaient à ce qu’ils soient chimiquement similaires au matériau amorphe aux rayons X du cratère Gale : riches en fer et en silicium mais dépourvus d’aluminium.

Les trois sites ont également fourni une gamme de précipitations, de chutes de neige et de températures qui pourraient aider à mieux comprendre le type de conditions environnementales qui produisent des matériaux amorphes et favorisent leur préservation.

Sur chaque site, l’équipe de recherche a examiné les sols à l’aide d’une analyse par diffraction des rayons X et d’un microscope électronique à transmission, ce qui leur a permis d’observer les matériaux du sol à un niveau plus détaillé. Les conditions subarctiques de Terre-Neuve ont produit des matériaux chimiquement similaires à ceux trouvés dans le cratère Gale, mais dépourvus de structure cristalline. Les sols produits dans des climats plus chauds comme la Californie et le Nevada n’en avaient pas.

« Cela montre que l’eau est nécessaire pour former ces matériaux », explique Feldman. « Mais il faut que la température moyenne annuelle soit proche de zéro pour préserver le matériau amorphe dans les sols. »

Le matériau amorphe est souvent considéré comme relativement instable, ce qui signifie qu’au niveau atomique, les atomes ne se sont pas encore organisés dans leurs formes finales, plus cristallines.

« Il y a quelque chose qui se passe dans la cinétique – ou la vitesse de réaction – qui ralentit la vitesse de réaction, de sorte que ces matériaux peuvent être préservés sur des échelles de temps géologiques », explique Feldman. « Ce que nous suggérons, c’est que des conditions très froides, proches du point de congélation, constituent un facteur limitant cinétique particulier qui permet à ces matériaux de se former et d’être préservés. »

« Cette étude nous permet de mieux comprendre le climat de Mars », ajoute Feldman. « Les résultats suggèrent que l’abondance de cette matière dans le cratère Gale correspond aux conditions subarctiques, similaires à celles que l’on observe, par exemple, en Islande. »