Un renversement de l’ordre de formation sur Mars

Un morceau de Mars qui est tombé sur Terre il y a plus de 2 siècles raconte un peu aux planétologues comment la planète rouge est née. Des analyses récentes de météorites ont montré que les éléments volatils à l’intérieur de la planète ont été déposés par des météorites primitives, tandis que les éléments de l’atmosphère se sont accumulés à partir des dernières couches de la nébuleuse solaire, le nuage de gaz et de poussière qui a donné naissance au Soleil.

“Ce que nous avons trouvé est à l’opposé des modèles plus classiques”, a déclaré Sujoy Mukhopadhyay, professeur à l’Université de Californie à Davis et co-auteur de la nouvelle étude. “Ils commencent avec des gaz solaires à l’intérieur et ajoutent des gaz chondritiques plus tard, vers la fin de la formation des planètes.”

Mukhopadhyay et l’auteur principal Sandrine Péron, aujourd’hui boursière à l’ETH Zurich, ont utilisé de nouvelles techniques analytiques pour analyser l’abondance relative des isotopes du krypton dans la météorite de Chassigny tombée en 1815 dans le nord-est de la France.

“Des travaux antérieurs avec des gaz nobles et d’autres matériaux comme l’eau ont montré qu’il enregistre efficacement la composition intérieure du manteau – cela ne ressemblait pas à la composition de la surface de Mars.”

“De nombreux groupes ont travaillé sur Chassigny – ce n’est pas une nouvelle météorite”, a déclaré Mukhopadhyay. “Des travaux antérieurs avec des gaz nobles et d’autres matériaux comme l’eau ont montré qu’il enregistre efficacement la composition intérieure du manteau – cela ne ressemblait pas à la composition de la surface de Mars.”

Des études antérieures ont utilisé du xénon et d’autres éléments pour essayer de comprendre comment et quand Mars a acquis ses composés volatils – hydrogène, carbone, oxygène, azote et gaz nobles. Le rapport des différents isotopes de ces éléments dans le Soleil (et par extension la nébuleuse solaire) et dans les chondrites – des météorites primitives qui se sont formées sous forme de grains de poussière qui ont fusionné lors de la formation du système solaire – sont différents.

Ces études antérieures de Chassigny ont trouvé une composition similaire à celle du Soleil, suggérant que Mars a d’abord acquis ses volatils de la nébuleuse du Soleil, les météorites ajoutant leur contribution plus tard. Mais les résultats n’étaient pas assez clairs pour trancher la question.

Se concentrer sur Krypton

“Le krypton se sépare très bien. Il y a une différence très nette entre la contribution solaire et la contribution de la chondrite.

Mukhopadhyay et Péron ont décidé de se concentrer sur le krypton, qui avait reçu peu d’attention dans les travaux précédents. “Si vous regardez l’empreinte isotopique du xénon, il y a très peu de différence entre les chondrites et les gaz solaires”, a déclaré Mukhopadhyay. “Mais le krypton se sépare très bien. Il y a une différence très nette entre les contributions solaires et chondritiques, où les isotopes chondritiques sont plus lourds que les isotopes solaires.

Les chercheurs précédents ont manqué le krypton en partie parce qu’il est moins abondant que le xénon et d’autres éléments, ce qui rend plus difficile l’isolement de ses isotopes. De plus, les rayons cosmiques et les matériaux de l’atmosphère terrestre peuvent masquer la composition isotopique d’origine de la météorite. “Krypton a été un outil sous-utilisé dans le passé [because] nous n’avions pas les moyens de résoudre les excès de ces petits isotopes dans l’air et les gaz nobles cosmogéniques », a déclaré Michael Broadley de l’Université de Lorraine en France, qui n’a pas participé à l’étude mais a réalisé des études isotopiques similaires sur la Terre. manteau.

Les scientifiques ont utilisé le Noble Gas Laboratory de l’Université de Californie à Davis pour analyser le krypton dans la météorite Chassigny. Crédit : Université de Californie, Davis

L’équipe californienne a utilisé une nouvelle méthode d’analyse à l’Université de Californie, Davis Noble Gas Laboratory, pour fournir des mesures plus précises du krypton. Les chercheurs ont chauffé deux petits échantillons de météorite avec un laser, commençant à 280℃ et atteignant 1570℃. Ils ont ensuite utilisé un spectromètre de masse à haute résolution pour séparer les isotopes du krypton.

“Nous avons constaté que la composition du krypton n’est pas similaire à la composition de l’atmosphère du Soleil ou de Mars. Mais c’est un match parfait pour les chondrites carbonées que nous voyons aujourd’hui.

“Nous avons découvert que la composition kryptonienne n’est pas similaire à la composition de l’atmosphère du Soleil ou de Mars”, a déclaré Mukhopadhyay. “Mais cela correspond parfaitement aux chondrites carbonifères que nous voyons aujourd’hui.”

Cette divergence a conduit Mukhopadhyay et Péron à conclure que l’intérieur martien a reçu la plupart de ses volatils de météorites chondritiques qui ont impitoyablement martelé la planète nouvellement formée. Une fois que la surface a formé un océan de magma, il doit s’être rapidement refroidi et solidifié, permettant à Mars de collecter des matériaux de la nébuleuse solaire restante qui ont contribué à l’atmosphère.

“Les gaz internes et atmosphériques se sont accumulés sur ~ 4 Myr avant que le gaz nébulaire ne se dissipe [million years]en raison du rayonnement solaire précoce », ont-ils écrit dans le nouveau journal.

Broadley a convenu que le scénario est plausible, bien qu’il ait déclaré que des travaux étaient nécessaires pour expliquer comment la faible gravité de Mars a pu piéger la planète dans son atmosphère primitive alors qu’elle était bombardée à la fois par le rayonnement solaire et les impacts de météorites. « Alors pourquoi Mars a-t-il un soleil dans son atmosphère ? [composition] reste un secret”, a-t-il déclaré.

Accumulation de météorites dès le Get-Go

Cette découverte peut avoir des implications pour la formation de la Terre et d’autres planètes intérieures rocheuses du système solaire. “Je ne dirais pas directement que cela est arrivé à toutes les planètes intérieures, mais si Mars accrétait des volatils chondritiques, alors toutes les planètes intérieures devaient avoir accrété des volatils chondritiques pour commencer”, a déclaré Mukhopadhyay.

“Les planètes en accrétion ont peut-être mieux retenu les volatils piégés dans les blocs de construction météoritiques qui se sont accumulés pour former les planètes”, a ajouté Broadley.

Cependant, Mukhopadhyay a noté qu’il s’agit d’une analyse d’une seule météorite. “Nous sommes très conscients qu’il s’agit d’une seule observation, donc Chassigny peut ne pas saisir toute l’histoire”, a-t-il déclaré.

Lui et Péron prévoient d’analyser d’autres météorites martiennes, bien que leurs techniques destructrices rendront difficile l’obtention d’échantillons supplémentaires. De plus, aucune autre météorite connue ne provient clairement de l’intérieur d’une planète. Cependant, Mukhopadhyay a déclaré que si “vous montrez ne serait-ce qu’un peu de signature interne, nous pouvons l’abattre”.

Damond Benningfield, rédacteur scientifique

Devis: Benningfield, D. (2022), Inversion de la séquence de formation de Mars, Éos, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO220312. Publié le 15 juillet 2022.
Texte © 2022. Auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
Sauf indication contraire, les images sont protégées par le droit d’auteur. Toute réutilisation sans l’autorisation expresse du titulaire des droits d’auteur est interdite.

Leave a Comment