Con le missioni umane e di ritorno dei campioni su Marte ancora sul tavolo da disegno, i geologi che desiderano studiare il pianeta rosso si affidano ad aiutanti robotici per raccogliere e analizzare i campioni. All'inizio di quest'anno abbiamo detto addio al rover Opportunity della NASA, ma Insight è arrivato a novembre 2018, e diverse agenzie spaziali hanno missioni rover su Marte nei loro libri per i prossimi anni. Ma mentre stiamo lavorando su come riportare i campioni da Marte, i geologi possono studiare i meteoriti marziani che ci sono stati consegnati dalle forze in gioco nel Sistema Solare. La Terra è bombardata ogni giorno da tonnellate di materiale extraterrestre. La maggior parte proviene dalle comete della famiglia di Giove e dalla fascia degli asteroidi, e gran parte di essa brucia nell'atmosfera o atterra negli oceani, ma i meteoriti della Luna e di Marte arrivano sulla superficie terrestre. In una ricerca pubblicata in Geochimica et Cosmochimica Acta , gli scienziati hanno utilizzato una serie di tecniche di sincrotrone per indagare su un meteorite marziano molto insolito, la cui movimentata storia di vita offre alcuni spunti sulla storia geologica di Marte.

Circa i due terzi dei meteoriti nelle collezioni mondiali sono stati trovati in Antartide, dove il loro colore più scuro li rende facili da individuare contro la neve. (La prima spedizione guidata dagli inglesi per raccogliere meteoriti nell'Antartico è recentemente tornata con 36 campioni.) Il meteorite coinvolto in questa ricerca, Africa nordoccidentale 8114 (NWA 8114), è stato trovato nel Sahara occidentale nel sud del Marocco e venduto privatamente tramite un commerciante di meteoriti marocchino. È accoppiato al meteorite "Black Beauty" - NWA 7034 - il che significa che questi erano un tempo pezzi della stessa roccia.

Un campione è stato messo a disposizione per la ricerca scientifica, e i geologi scoprirono che NWA 8114 faceva parte del primo meteorite breccia marziano trovato; una breccia è una roccia costituita da frammenti rotti di minerali o roccia cementata insieme, e si formano in aree dove si accumulano frammenti angolari di roccia e detriti minerali. NWA 8114 contiene materiale con un'ampia gamma di età, il più antico risale a 4,4 miliardi di anni. Questo meteorite è più simile ai campioni di superficie analizzati dai rover su Marte, considerando che i precedenti meteoriti marziani trovati sulla Terra erano rocce ignee, formato dal magma in un posto alla volta.

L'autore principale, la dott.ssa Jane MacArthur, ha spiegato che il team di ricerca stava cercando prove di interazione acqua-roccia, ad esempio minerali che si formano solo in presenza di acqua - e lo stato di ossidazione del ferro. Dice:"Questo particolare meteorite deve essere stato coinvolto in diversi impatti su Marte, anche se non sappiamo ancora quanti. Sono almeno due - uno per formare la breccia, e uno per sollevare la roccia da Marte e inviarla sulla sua strada verso la Terra".

Sondare il meteorite

Il team ha utilizzato una combinazione di quattro tecniche di imaging di sincrotrone - e due linee di luce - per esaminare NWA 8114. Hanno usato la fluorescenza a raggi X (XRF) per mappare il campione per trovare aree di interesse, Diffrazione dei raggi X (XRD) per identificare i minerali, X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) per analizzare lo stato di ossidazione del ferro presente, e spettromicroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) per vedere le prove di idratazione, per la presenza di gruppi idrossidi.

Il team ha trovato strani pirosseni (una vasta classe di minerali silicati che formano rocce) che contenevano granelli di granuli di ossido di ferro che erano ossidati ma non idratati. Il lavoro precedente suggerisce che gli eventi di shock ad alto impatto possono causare questo, quindi è legato all'evento di formazione su Marte. La datazione con l'argon di una delle regioni sotto shock ha mostrato che ha circa 1,2 miliardi di anni. In confronto con studi sperimentali di pirosseno shockato a diverse temperature e pressioni, il team potrebbe stimare quanto in profondità nella superficie di Marte si sia formato il meteorite, e il risultato è stato solo circa 5 metri di profondità, che è coerente con una roccia che è stata poi sollevata dalla superficie da un ulteriore impatto.

Il lavoro di laboratorio su NWA 8114 aveva suggerito che alcuni degli ossidi di ferro fossero ossidati o idratati. XRD su I18 ha confermato la presenza di goethite, un ossido di ferro idrato che si forma normalmente in presenza di acqua, a basse temperature. FTIR su B22 ha confermato che il minerale era decisamente idratato, ma non è stato ancora possibile confermare se questo si sia formato su Marte o sulla Terra, quindi si presume che sia il risultato dell'erosione terrestre, anche se il campione attende ulteriori test.

NWA 8114 offre l'opportunità di esaminare la storia termica di una regolite marziana e studiare i processi vicino alla superficie e le antiche condizioni ambientali vicino a un cratere da impatto su Marte. Attualmente esso e le sue pietre accoppiate sono l'unico modo per studiare le brecce marziane, e ricerche come quelle ci danno un vantaggio nell'analizzare i tipi di materiali che verrebbero riportati da qualsiasi futura missione di restituzione di campioni su Marte, e informerà anche le future missioni di raccolta di campioni/rover.

La dottoressa MacArthur aveva solo 4 mesi all'inizio del suo dottorato di ricerca quando è arrivato il primo beamtime del team al Diamond, ma si era preparata frequentando la scuola estiva Diamond. Dice: "Lo staff della linea di luce è stato davvero utile, in particolare nelle aree di utilizzo del software e di elaborazione di come analizzare i dati in Diamond, e dopo che ce ne siamo andati. È stato fantastico avere loro rispondere alle domande di persona, ma in seguito hanno anche risposto alle domande inviate via e-mail."