Nel palmo di Jessica Barnes c'è un antico, mosaico di vetro delle dimensioni di una moneta, minerali e rocce spesse come un filo di fibra di lana. È una fetta di meteorite marziano, conosciuta come Africa nordoccidentale 7034 o Black Beauty, che si è formato quando un enorme impatto ha cementato insieme vari pezzi di crosta marziana.

Barnes è un assistente professore di scienze planetarie presso l'Università dell'Arizona Lunar and Planetary Laboratory. Lei e il suo team hanno analizzato chimicamente il meteorite Black Beauty e il famigerato meteorite Allan Hills 84001, controverso negli anni '90 per il presunto contenuto di microbi marziani, per ricostruire la storia dell'acqua di Marte e le origini planetarie.

La loro analisi, pubblicato oggi in Geoscienze naturali , ha mostrato che Marte probabilmente ha ricevuto acqua da almeno due fonti molto diverse all'inizio della sua storia. La variabilità riscontrata dai ricercatori implica che Marte, a differenza della Terra e della luna, mai avuto un oceano di magma che abbracciasse completamente il pianeta.

"Queste due diverse fonti d'acqua nell'interno di Marte potrebbero dirci qualcosa sui tipi di oggetti che erano disponibili per fondersi nell'interno, pianeti rocciosi, "Ha detto Barnes. Due planetesimi distinti con contenuti di acqua molto diversi potrebbero essersi scontrati e mai completamente mescolati. "Questo contesto è importante anche per comprendere l'abitabilità passata e l'astrobiologia di Marte".

Leggere l'acqua

"Molte persone hanno cercato di capire la storia dell'acqua di Marte, "Ha detto Barnes. "Come, da dove veniva l'acqua? Quanto tempo è rimasto nella crosta (superficie) di Marte? Da dove viene l'acqua interna di Marte? Cosa può dirci l'acqua su come si è formato ed evoluto Marte?"

Barnes e il suo team sono stati in grado di ricostruire la storia dell'acqua di Marte cercando indizi di due tipi, o isotopi, di idrogeno. Un isotopo di idrogeno contiene un protone nel suo nucleo; questo è talvolta chiamato "idrogeno leggero". L'altro isotopo è chiamato deuterio, che contiene un protone e un neutrone nel nucleo; questo è a volte indicato come "idrogeno pesante". Il rapporto tra questi due isotopi dell'idrogeno segnala a un planetario i processi e le possibili origini dell'acqua nelle rocce, minerali e bicchieri in cui si trovano.

Mistero del meteorite

Da circa 20 anni, i ricercatori hanno registrato i rapporti isotopici dei meteoriti marziani, e i loro dati erano dappertutto. Sembrava esserci poca tendenza, ha detto Barnes.

L'acqua racchiusa nelle rocce terrestri è ciò che viene chiamato non frazionato, il che significa che non si discosta molto dal valore di riferimento standard dell'acqua dell'oceano:un 1:6, 420 rapporto tra idrogeno pesante e leggero. atmosfera di Marte, d'altra parte, è fortemente frazionato:è per lo più popolato da deuterio, o idrogeno pesante, probabilmente perché il vento solare ha portato via l'idrogeno leggero. Le misurazioni dei meteoriti marziani, molti dei quali sono stati scavati nelle profondità di Marte da eventi di impatto, hanno attraversato la gamma tra le misurazioni dell'atmosfera terrestre e di Marte.

Il team di Barnes ha deciso di indagare sulla composizione isotopica dell'idrogeno della crosta marziana in particolare studiando campioni che sapevano essere stati originati dalla crosta:i meteoriti Black Beauty e Allan Hills. Black Beauty è stato particolarmente utile perché è un mashup di materiale di superficie proveniente da molti punti diversi della storia di Marte.

"Questo ci ha permesso di farci un'idea di come appariva la crosta di Marte nel corso di diversi miliardi di anni, " ha detto Barnes.

I rapporti isotopici dei campioni di meteorite sono caduti circa a metà strada tra il valore delle rocce terrestri e l'atmosfera di Marte. Quando i risultati dei ricercatori sono stati confrontati con studi precedenti, compresi i risultati del Curiosity Rover, sembra che questo sia stato il caso per la maggior parte della storia di oltre 4 miliardi di anni di Marte.

"Abbiamo pensato, ok questo è interessante, ma anche un po' strano, " ha detto Barnes. "Come si spiega questa dicotomia in cui l'atmosfera marziana viene frazionata, ma la crosta rimane sostanzialmente la stessa nel tempo geologico?"

Barnes e i suoi colleghi hanno anche cercato di spiegare perché la crosta sembrava così diversa dal mantello marziano, la roccia più tardi che giace sotto.

"Se provi a spiegare questo rapporto isotopico abbastanza costante della crosta di Marte, non puoi davvero usare l'atmosfera per farlo, " ha detto Barnes. "Ma sappiamo come si formano le croste. Sono formati da materiale fuso dall'interno che si solidifica in superficie".

"L'ipotesi prevalente prima di iniziare questo lavoro era che l'interno di Marte fosse più simile alla Terra e non frazionato, e quindi la variabilità nei rapporti isotopici dell'idrogeno all'interno dei campioni marziani era dovuta alla contaminazione terrestre o all'impianto atmosferico mentre si allontanava da Marte, " ha detto Barnes.

L'idea che l'interno di Marte avesse una composizione simile alla Terra proveniva da uno studio di un meteorite marziano che si pensava abbia avuto origine dal mantello, l'interno tra il nucleo del pianeta e la sua crosta superficiale.

Però, Barnes ha detto, "I meteoriti marziani fondamentalmente tracciano ovunque, e quindi cercare di capire cosa ci dicono effettivamente questi campioni sull'acqua nel mantello di Marte è stata storicamente una sfida. Il fatto che i nostri dati per la crosta fossero così diversi ci ha spinto a tornare indietro nella letteratura scientifica e ad esaminare i dati".

I ricercatori hanno scoperto che due tipi geochimicamente diversi di rocce vulcaniche marziane - shergottiti arricchite e shergottiti impoverite - contengono acqua con diversi rapporti di isotopi di idrogeno. Le shergottiti arricchite contengono più deuterio delle shergottiti impoverite, che sono più simili alla Terra, hanno trovato.

"Si scopre che se mescoli diverse proporzioni di idrogeno da questi due tipi di shergottiti, puoi ottenere il valore crostale, " ha detto Barnes.

Lei e i suoi colleghi pensano che le shergottiti stiano registrando le firme di due diversi idrogeni e, per estensione, acqua:serbatoi all'interno di Marte. La netta differenza suggerisce loro che più di una fonte potrebbe aver contribuito con l'acqua a Marte e che Marte non aveva un oceano di magma globale.