Confronto tra Th/U misurato e integrato nel tempo nello zircone. Il pannello a è per i più antichi zirconi ignei terrestri conosciuti, mentre il pannello b è per i più antichi zirconi detritici terrestri conosciuti dall'Australia occidentale. Medie integrate nel tempo calcolate dal rapporto 208Pb/206Pb misurato e dall'età 207Pb/206Pb. I dati corrispondenti possono essere trovati in Credit:Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
Molti resoconti attualmente supportano la presenza di acqua liquida su Marte, dove i minerali idrati testimoniano i processi passati di disgregazione acquosa nei meteoriti marziani come NWA 7533/7034. Gli scienziati planetari mirano a stimare i tempi degli agenti atmosferici sulla crosta marziana per aiutare a capire la sua evoluzione, la disponibilità di acqua liquida e l'abitabilità su Marte. In un recente studio, Martin Guitreau e Jessica Flahaut all'Università di Manchester, UK., e il Centro nazionale per la ricerca scientifica in Francia, ha presentato un nuovo metodo basato su sistemi di datazione isotopica U-Th-Pb (Uranio-Torio-Piombo). Usando la tecnica, Guitreau e Flahaut hanno studiato se i cristalli di zircone hanno subito alterazioni acquose a bassa temperatura, simile alle osservazioni con cristalli detritici di età adeana dall'Australia occidentale.
I dati per gli zirconi NWA 7533 hanno mostrato evidenza di alterazioni acquose, e la modellazione del sistema di isotopi U-Th-Pb in evoluzione ha indicato che l'ultima alterazione si è verificata nel tardo periodo amazzonico (227-56 Ma). La scoperta amplia ampiamente la durata del tempo in cui l'acqua liquida era disponibile vicino alla superficie marziana, suggerendo che Marte potrebbe essere ancora abitabile, sulla base delle prove. I risultati dello studio sono ora pubblicati su Comunicazioni sulla natura .
Lo zircone è una robusta capsula del tempo ampiamente utilizzata nella geocronologia U-Pb e nello studio dei processi magmatici/metamorfici sulla Terra. Scienziati planetari hanno testimoniato questo processo utilizzando lo zircone detritico terrestre precedente a 4378 milioni di anni. Tuttavia, l'emissione di particelle alfa e le cascate di rinculo α dovute al decadimento di U e Th possono danneggiare il reticolo cristallino, causando l'accumulo di radiazioni nello zirconio a velocità diverse in base alle concentrazioni (rapporto) di U e Th. Questa fase è definita come il "primo punto di percolazione" dopo il quale gli elementi chimici possono essere mobilitati più facilmente rispetto ai cristalli incontaminati. L'amorfizzazione progressiva può indurre l'espansione del reticolo cristallino e la formazione di cricche nello zircone per migliorare la sensibilità del cristallo agli eventi termici come osservato con gli antichi zirconi di Jack Hills, Australia Occidentale.
Dosi di radiazione calcolate in funzione di Th/U nello zircone. I pannelli a, b e c corrispondono ai dati di studi precedenti. Notare la distribuzione generale dei dati a forma di ventaglio con apertura verso l'alto al di sopra del primo punto di percolazione (fase in cui i domini amorfi si connettono). I dati corrispondenti possono essere trovati in Credit:Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
Nel presente lavoro, Guitreau e Flahaut hanno esplorato se il disaccoppiamento tra Th/U misurato e integrato nel tempo nello zircone potesse rappresentare le alterazioni acquose a bassa temperatura e quindi hanno delineato i principi del loro nuovo metodo. Quando gli scienziati hanno applicato il metodo agli zirconi extraterrestri sulla luna per il confronto con gli zirconi marziani, hanno ottenuto prove per l'erosione dell'acqua a bassa temperatura su Marte.
Quando hanno modellato l'evoluzione dei sistemi di isotopi U-Th-Pb dello zircone per determinare lo sviluppo del disaccoppiamento tra Th/U misurato e integrato nel tempo, hanno scoperto l'alterazione avvenuta a 1500-1700 Ma; come un evento molto più giovane. L'evento corrispondeva al periodo tardo amazzonico, che è generalmente considerato freddo e secco su Marte. Di conseguenza, il presente lavoro ha dimostrato la disponibilità di acqua vicino alla superficie marziana nel recente passato, suggerendo la sua presenza ai giorni nostri.
Per studiare la sensibilità dello zircone, gli scienziati hanno preso in considerazione le modifiche chimiche e il ripristino isotopico durante la conservazione del reticolo. Per valutare queste condizioni, hanno usato criteri visivi macroscopici e metodi microscopici tra cui la microscopia elettronica a trasmissione, spettroscopia Raman, Diffrazione di raggi X, risonanza magnetica nucleare e tomografia a sonda atomica. Un più semplice, l'approccio indiretto consiste nel calcolare anche la dose di radiazione che un campione di zircone ha subito (eventi di decadimento alfa per grammo di campione) utilizzando le informazioni cronologiche fornite dai sistemi di isotipi U-Pb e le concentrazioni di U e Th. Per esempio, quando gli scienziati hanno calcolato le dosi di radiazioni dei set di dati sugli zirconi di Jack Hills, hanno mostrato il disaccoppiamento tra i rapporti Th/U misurati e integrati nel tempo nei domini dello zircone. In questo caso, le dosi di radiazioni sembravano accumularsi oltre il primo punto di percolazione, tuttavia il processo richiedeva una verifica prima del suo utilizzo su alterazioni acquose oltre la Terra.
A SINISTRA:Influenza della mobilità del Pb sulle attuali età 207Pb/206Pb e Th/U integrati nel tempo. Il pannello (a) mostra l'effetto della perdita di Pb e dell'aggiunta di Pb su determinate età 207Pb/206Pb per uno zircone 4430 Ma con Th/U originale di 1, mentre il pannello (b) presenta l'effetto della perdita di Pb e dell'aggiunta di Pb sul Th/U integrato nel tempo per lo stesso zircone. Le percentuali accanto alle curve tratteggiate corrispondono al grado di perdita o aggiunta di Pb. L'età della perturbazione si riferisce all'età in cui il Pb viene perso o aggiunto. Si noti che l'aggiunta di Pb corrisponde all'aumento locale della concentrazione di Pb radiogeno e non all'aggiunta di Pb comune. Questa figura illustra la grande sensibilità dell'invecchiamento del 207Pb/206Pb alla mobilità del Pb mentre ha un effetto limitato sul Th/U integrato nel tempo. A DESTRA:Th/U integrato nel tempo in funzione di quello misurato per gli zirconi marziani. I dati provengono da studi precedenti. Si noti l'ampio disaccoppiamento tra Th/U misurato e integrato nel tempo per i domini all'interno di zircon Z2 da NWA 7533. Anche Th/U misurati sono ben al di fuori dell'intervallo magmatico comune, tanto quanto quello che si può vedere negli zirconi di Jack Hills. Le barre di errore rappresentano due errori standard sulle misurazioni analitiche. I dati corrispondenti possono essere trovati in Credit:Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
Attraverso ampi esperimenti, Guitreau e Flahaut hanno mostrato che il disaccoppiamento tra il Th/U misurato e integrato nel tempo mostrato dagli zirconi terrestri come proxy delle alterazioni dello zircone da parte di soluzioni acquose a basse temperature. Al confronto, gli scienziati hanno dimostrato che gli zirconi lunari (luna) mostravano Th/U anormalmente alti in conformità con l'intervallo comune per lo zircone igneo (ardente) basato su larva/magma terrestre. Questo era previsto poiché non ci sono prove di acqua liquida sulla luna.
Allo stesso modo, I cristalli di zircone marziano ottenuti dal meteorite NWA 7533 e dalla matrice di NWA 7034 hanno mostrato misurazioni coerenti e rapporti Th/U integrati nel tempo. Sulla base dei dati esistenti e dei calcoli attuali, Guitreau e Flahaut interpretarono la distribuzione orizzontale come prova di alterazioni a bassa temperatura dei grani di zirconi marziani da parte di soluzioni acquose, proprio come i cristalli dell'Australia occidentale. I risultati attuali che utilizzano il disaccoppiamento tra i rapporti Th/U misurati e integrati nel tempo hanno rafforzato l'idea della disponibilità di acqua liquida nel sottosuolo marziano. Il fenomeno ha indotto l'invecchiamento avanzato dei cristalli di zircone danneggiati dalle radiazioni.
Risultati per il modello a due stadi che simula l'evoluzione dello zircone marziano. I modelli sono stati eseguiti per fattori di arricchimento U di 5 per i pannelli (a) e (b), mentre un fattore 2 è stato utilizzato per i risultati presentati nei pannelli (c) e (d). La pre-alterazione Th/U è stata impostata su 1 per i modelli mostrati nei pannelli a e c, ed è stato impostato su 0,5 nei pannelli (b) e (d). I rapporti Th/U aumentati dall'alterazione sono stati fissati a 1-27 e 0,5-27, a seconda della pre-alterazione Th/U. Le curve colorate corrispondono alla Th/U misurata nei domini Z2 dello zircone. L'età di azzeramento U–Pb corrisponde all'intercetta inferiore della linea Discordia generale visualizzata in uno studio precedente ed è rappresentata da una linea verticale continua. Le linee tratteggiate orizzontali, che sono le intercettazioni tra le curve colorate e la linea verticale continua, indicare il Th/U integrato nel tempo dedotto dal nostro modello. Le zone in grigio tra i valori Th/U di 1 e 2 corrispondono ai Th/U integrati nel tempo mostrati dai domini Z2 dello zircone. Questi risultati mostrano che i Th/U integrati nel tempo derivati dal modello attuale sono superiori a quelli mostrati dai domini Z2 dello zircone, e, quindi, l'alterazione a 1700 Ma (o 1500 Ma) non può spiegare il disaccoppiamento osservato tra Th/U misurato e integrato nel tempo nello studio. Credito:Comunicazioni sulla natura, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
Per comprendere i tempi dell'erosione acquosa mariana, Guitreau e Flahaut hanno sviluppato un modello a due stadi dell'evoluzione dell'isotopo U-Th-Pb nel presente lavoro. Hanno testato se un evento di aberrazione (deviazione) a 1500 o 1700 Ma avrebbe potuto spiegare il disaccoppiamento osservato tra Th/U misurato e controllato nel tempo e l'alterazione dello zircone in NWA 7533. Nella prima fase del modello, Guitreau e Flahaut hanno studiato la formazione di zirconi a 4430 Ma, seguito dal secondo stadio come evento di alterazione sull'aumento delle concentrazioni di U e Th per alterare lo zircone nel meteorite NWA 7533. Utilizzando il modello a due stadi, hanno dimostrato che l'uranio potrebbe essere arricchito di 2-5 volte la concentrazione originale per corrispondere ai dati di Jack Hills e Martian Zircon. I risultati hanno indicato che i livelli osservati di Th/U potrebbero essersi verificati a 1700 Ma o 1500 Ma.
Gli scienziati hanno ulteriormente implementato il modello con una fase aggiuntiva per formare un modello a tre fasi, utilizzando gli stessi rapporti Th/U e fattori di arricchimento dell'uranio come nel modello a due stadi. I risultati hanno mostrato che mentre l'età di alterazione determinata rimaneva molto giovane, le alterazioni specifiche registrate dagli scienziati si sono verificate durante il tardo periodo amazzonico.
Timeframe per l'evoluzione della crosta marziana. Vengono visualizzati i dettagli delle conoscenze sulla storia di NWA 7034/7533 e pietre accoppiate. La cristallizzazione ignea di zirconi e clasti NWA7034/7533 deriva da studi precedenti. Il metamorfismo e le età di alterazione provengono da studi aggiuntivi. Anche la fascia d'età di brecciatura deriva da precedenti indagini, e così è l'età dell'espulsione. I dati corrispondenti possono essere trovati in Credit:Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-10382-y
In questo modo, Guitreau e Flahaut hanno presentato i loro nuovi dati con prove solide provenienti da indagini esistenti per indicare che l'evento di alterazione a bassa temperatura registrato negli zirconi NWA si è verificato nel tardo periodo amazzonico su Marte. Presumono che la disponibilità di acqua per gli agenti atmosferici nel tardo Amazzonia fosse probabilmente controllata dall'attività idrotermale indotta dall'impatto.
Le osservazioni nel presente studio erano coerenti con l'alterazione dello zircone post-brecciazione (frammentazione della roccia), e anche la più giovane attività vulcanica su Marte potrebbe aver giocato un ruolo a causa di alterazioni con l'attuale criosfera. Le alterazioni registrate degli zirconi nel meteorite NWA 7533 hanno rappresentato il più giovane episodio di alterazione acquosa persistente finora riportato su Marte. I risultati supportano il concetto che Marte potrebbe essere ancora abitabile rispetto alla disponibilità dimostrata di acqua liquida nel suo recente passato.
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