Черная красавица Марса

Соавторы исследования - Мартин Уайтхаус (слева) и Александр Немчин (справа). 

Загадочный прибор с кучей трубок - Cameca 1280 (NordSIMS)

Credit: Национальный Музей Естественной Истории Швеции

Astrobiology Magazine

10 сентября 2014 года

Недавно ученые, которые занимаются изучением марсианского метеорита Черная Красавица (или NWA 7533/7034) открыли некоторые новые, неизвестные доселе подробности древнего климата Марса.

Исследование касалось цирконов- минералов, которые находят в метеоритах. Цирконы также формируются и на Земле, когда охлаждается лава. Используя эти минералы, ученые надеялись представить развитие климата на Марсе с течением времени.

Журнал Астробиология взял интервью у д-ра Муньира Гумаюна, соавтора исследования и профессора департамента Земли, Океана и Атмосферной науки Национальной Лаборатории Сверхвысокого магнитного поля университета Флориды.

АМ: Где и когда была обнаружена Черная Красавица и как вы были вовлечены в ее изучение?

МГ: Черная Красавица была найдена в песках Марокко, попала к метеоритному дилеру Азизу Хабиби и позже была продана им государственному коллекционеру метеоритов США Джею Пьатеку. Отдельные камни (а всего их было около 8) были проданы французскому коллекционеру Люку Лабену. Пьятек выслал свой экземляр в ин-т Нью-Мексико, где команда под руководством д-ра Карла Аги определила, что это уникальный метеорит с Марса. Результаты были опубликованы в журнале Сайнс, Карл также дал имя "Черная Красавица" метеориту.

Образец Люка Лабена был отправлен в Париж, где его изучала д-р Бригитта Занде с коллегами. Затем этот образец попал в мою лабораторию, где мы обнаружили, что имеем дело с высокогорной брешией (это камень, созданный спаянными воедино фрагментами других камней) - вследствие присутствия большого количества сидерофилов - элементов, которых очень много в породе, на которую воздействовали удары метеоритов, но которых очень мало в скальных породах коры Марса. И что очень важно, д-р Александр Немчин с коллегами проанализировали возраст минеральных цирконов в метеорите, определив, что речь идет о миллиардах лет, что подтвердило его высокогорное происхождение.

АМ: Как этот метеорит отличается от остальных марсианских метеоритов, найденных на Земле?

МГ: за одним исключением другие марсианские метеориты  - более молодые осколки камня, возрастом от 1.4 млрд лет до 150 млн лет. 

(Исключение одно, зато какое - в 1996 году команда ученых NASA нашла на этой брешии ALH84001 наноокаменелости! Возраст этого кусочка камня определили как 4 млрд лет, состоял он, главным образом, из одного-единственного минерала, ортопироксина, но в трещинах там еще были карбонаты и магнетиты, которые содержали очень много интересной информации о прошлом Марса)

Поверхность Марса - древняя кратерированная местность, особенно в южном высокогорье, где более молодые вулканические горы покрывают всего 15%. Было удивительно понимать, что найденные метеориты, в основном, принадлежат этому небольшому в процентном соотношении типу. Возможно, это потому, что мы до сих пор пропускали подобные брешии, и я думаю, что их должно быть больше.

Тем не менее, Черная Красавица - первая найденная высокогорная брешия, и теперь мы можем получить интересные данные об истории поверхности Марса в том районе.

Нам повезло, что эта информация пришла в такой нужный момент, когда на Марсе работают марсоходы, включая лабораторию Кюриосити, которая наблюдает камни, очень похожие на Черную Красавицу.

Черная Красавица собственной персоной

Credit: NASA

АМ: есть ли какие-то ограничения по времени от момента, когда Черная Красавица покинула поверхность Марса и до того момента, когда она очутилась на Земле?

МГ: Черная Красавица была выброшена с поверхности Марса 5 млн лет назад. Мы не знаем еще, как долго она находилась на поверхности Земли,  но ее свежий, привлекательный вид, включая совсем небольшое загрязнение продуктами земных погодных условий, в отличие от большинства найденных нами метеоритов, говорит о том, что прилетела она относительно недавно.

АМ: ваша статья говорит о том, что вариации в изотопах кислорода четырех рассмотренных зерен циркона были найдены и в других образцах, начиная с NWA 7533. Можно ли объяснить этот результат как-то попроще, для людей - почему на одном метеорите можно найти разные изотопы?

МГ: Конечно! Этот камень - брешия, это значит, что гомогенность изотопов не достигается вследствие наличия в нем спаянных кусков самых разных камней, порций коры Марса. Изотоп кислорода, который мы наблюдали, создается в атмосфере Марса ультрафиолетовым светом, который производит озон. Затем этот изотоп трансформируется в пироксид водорода и воду. Таким образом подписанная изотопом вода входит в твердую породу и реагирует с минералами - например, цирконом, кислородосодержащим минералом - несколькими способами, оставляя в его структуре совершенно отчетливую подпись (ZrSiO4).

Один из самых простых способов - это когда кристаллическая структура циркона повреждена радиоактивным распадом урана и тория, которые находятся в твердой породе. Этот радиоактивный распад отлично работает, когда надо определить возраст породы, но когда его слишком много, он превращает кристаллический циркон в аморфный (стеклоподобный) хаос, который, к тому же еще и реагирует с водой.

(Кристаллический циркон отлично выживает в земных условиях, а вот аморфный - нет)

Взаимодействие поврежденного циркона с водой продолжается до тех пор, пока не произойдет его резкий нагрев (возможно, в результате удара или вулканической активности), и тогда циркон рекристаллизуется. В этой точке заново сформированный кристалл циркона заново начнет накапливать дочерние продукты радиоактивного распада урана, то есть снова запускает часики, запирая внутри состав из изотопа кислорода и жидкости, с которой он реагировал.

Итак, наша команда смогла показать, что самый юный циркон в метеорите запустил свои радиоактивные часы 1.4 млрд лет назад, и в тот момент сигнал изотопа кислорода был значительно выше, что означает интересный вывод - Марсианская атмосфера становилась тоньше со временем. Смысл этого вывода в том, что в ранней, более теплой и плотной атмосфере ультрафиолетовое излучение от Солнца не могло проникать глубоко - точно так же, как это сейчас происходит на Земле и Венере.

АМ: вы построили изотопную историю изменения атмосферы Марса. Какой период покрывают эти записи?

МГ: Записи покрывают период примерно от застывания коры Марса 4.43 млрд лет назад до момента времени 1.4 млрд лет назад.

Credit: NASA/Greg Shirah

АМ: в этой истории какие вы могли бы выделить основные моменты?

МГ: у нас есть две контрольные точки - одна 4.4 млрд, а вторая 1.4 млрд лет назад. Кюриосити измеряет композицию изотопов кислорода современной марсианской атмосферы, и более молодые шерготит-метеориты содержат продукты воздействия погоды, которые входили в камни при их магматической кристаллизации 150 млн лет назад. То есть у нас есть еще две контрольные точки, которые значительно предшествуют тому времени, которое мы можем изучать при помощи других метеоритов - практически до времени рождения Марса.

АМ: будете ли вы продолжать свои исследования Черной Красавицы?

МГ: конечно! Для нас это настоящий сундук с сокровищами, с ключами к древней истории Марса!

--

Аналитическая работа исследования была выполнена в Музее Естественной Истории Швеции д-ром Александром Немчиным и проф. Мартином Уайтхаус.

Munir Humayun

Munir Humayun

NWA 7533/7034 )

NWA 7533/7034 )

NWA 7533/7034 )

NWA 7533/7034 )