11 Juillet 2012

Des cratères exhument des preuves de l'action de l'eau sous les highlands martiens

Une nouvelle étude des anciennes hautes terres cratérisées de Mars a détecté de nombreux affleurements de minéraux qui ont été altérés par de l'eau souterraine au cours du début de l'histoire de la planète.

Les données indiquent que l'eau souterraine a persisté pendant des périodes de temps prolongées au cours du premier milliard d'années d'existence de Mars.

Aujourd'hui, la pression atmosphérique est si basse sur Mars que l'eau ne peut pas exister à sa surface. Néanmoins des études faites par les satellites en orbite et les rovers en surface montrent que Mars a été relativement plus chaude et humide que de nos jours. Une preuve claire est la présence de vallées sèches et des deltas fossiles, qui ont presque certainement été créés par de l'eau courante.

D'autres preuves convaincantes sont fournies par les détections à l'échelle planétaire, mais assez localisées, de minéraux hydratés résultat de l'altération chimique des matériaux rocheux par la présence d'eau. Les minéraux silicatés altérés par l'eau se transforment en phyllosilicates (ou minéraux argileux) sont absents d'une grande partie de la surface Mars, excepté dans un grand nombre d'affleurements dans les unités géologiques les plus anciennes, indiquant que la planète a été sèche pendant la majeure partie de son histoire récente. Néanmoins, une équipe internationale de scientifiques rapporte dans le journal Icarus que ces minéraux révélateurs ont été détectés dans la région de Tyrrhena Terra, ancien highland, qui est comprise entre les plaines du nord d'Isidis Planitia et l'énorme bassin d'impact Hellas.

Les détections de minéraux hydratés ont été faites avec deux spectromètres imageurs : OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité) à bord du satellite Mars Express de l'ESA, et CRISM (Compact Reconnaissance Infrared Spectrometer for Mars) à bord du satellite Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA.

OMEGA fourni une couverture quasi complète de la surface de Mars à des résolutions allant de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres par pixel, alors que CRISM, qui a une résolution de 15-20 m par pixel, peut être dirigé de manière à fournir des gros-plans minéralogiques pour des sites sélectionnés.

Les satellites d'observation révèlent des affleurements comportant des silicates hydratés sur 175 sites différents sur Tyrrhena Terra, une grande majorité étant associée aux éjectas, parois, pics centraux et remparts de nombreux cratères. Les diamètres des cratères dans lesquels ces minéraux ont été détectés vont de 84 km à moins d'1 km.

Bien que la région soit découpée par de nombreux réseaux de vallées, les roches altérées par l'eau sont rarement visibles entre les cratères sur Tyrrhena Terra. Ceci qui implique que l'altération chimique révélée par les cratères n'était pas associée à l'érosion par l'eau liquide en surface, contrairement à plusieurs autres régions de Mars où l'altération semble avoir eu lieu en surface.

Comment se sont formés les silicates hydratés sur Tyrrhena Terra ?

Deux hypothèses principales ont été proposées.

Une possibilité est que l'altération chimique était due aux processus d'impact. Un système hydrothermal peut remonter dans le pic ou les bords d'un cratère, formant des minéraux tels que la serpentine, la chlorite et des smectites. Néanmoins ce processus n'explique pas la présence de silicates hydratés similaires sur le pic central et au bord des couvertures d'éjectas qui ont été éjectés des cratères.

De plus, aucun élément de surface associé avec des systèmes hydrothermaux possibles, tels que des évents ou des fractures, n'ont été observés au fond des cratères. Finalement, la présence de nombreux affleurements hydratés associés à de plus petits cratères, certains de moins de 1 km de diamètre, ne peut être expliquée par des systèmes hydrothermaux induits par ces impacts de moindre énergie.

L'équipe conclut qu'il semble peu probable que cette hypothèse soit le seul processus associé à l'hydratation des roches, et ne peut avoir contribué que de manière secondaire. Son explication préférée est que les minéraux hydratés se sont formés en sous-sol en présence d'eau souterraine. Les roches enterrées comportant des silicates hydratés ont ensuite été exposées et sorties par des impacts plus tard. Ces impacts ont transporté mécaniquement les minéraux hydratés, sans transformation minéralogique significative.

La présence de quelques affleurements comportant des phyllosilicates sur quelques buttes de la région, loin des cratères visibles, renforce aussi l'idée que la croûte a été largement altérée, et pas uniquement autour des cratères.

Les phyllosilicates sont des minéraux hydratés formés par l'interaction entre la roche et l'eau liquide. Ce groupe important de minéraux inclus les micas, la chlorite, la serpentine, le talc et les argiles, produits primaires de l'altération chimique des roches. Les minéraux se forment à des températures différentes et semble être situés à des profondeurs différentes, compatibles avec des températures allant jusqu'à 300 degrés Celsius à quelques kilomètres sous la surface.

"Ces minéraux sont associés à des cratères récents postérieurs à l'activité aqueuse", explique Damien Loizeau, chargé de recherche à l'ESA et principal auteur de l'étude. "Ils représentent probablement d'anciens terrains hydratés qui ont été mis au jour par des impacts formant des cratères. Ces impacts ont révélé la composition de la croûte Noachienne, qui a été chimiquement altérée il y a plus de 3,7 milliard d'années."

Finalement, les silicates hydratés n'ont pas été détectés dans ou près des petits cratères (diamètre < 5 km) sur les plaines volcaniques lisses de Tyrrhena Terra, bien qu'ils soient nombreux sur les plateaux Noachiens découpés. Ceci démontre que la présence de silicates hydratés ne dépend pas du processus d'impact, mais plutôt de altération préalable du terrain impacté.

La présence de phyllosilicates dans les plus grands cratères des plaines lisses peut être expliquée par le creusement : la plaine de lave est suffisamment fine pour que les plus grands cratères percent les roches sous-jacentes, des unités Noachiennes enterrées. Ainsi, les cratères comportant des phyllosilicates dans les plaines volcaniques illustrent la variation dans l'épaisseur de la plaine et le creusement par les impacts des roches hydratées enterrées.

Des silicates excavés des profondeurs

"La grande gamme de tailles de cratères étudiés indique que les silicates hydratés ont été excavés des profondeurs allant de dizaines de mètres à quelques kilomètres.", explique Damien Loizeau. "La composition des roches est telle que l'eau souterraine doit avoir été présente pendant de longues périodes de temps pour avoir altéré leur composition chimique."

"La circulation de l'eau c'est produite à plusieurs kilomètres de profondeur dans la croûte il y a environ 3,7 milliards d'années, avant que la majorité des cratères ne se soient formés." précise Nicolas Mangold co-auteur, du Laboratoire de Planétologie et Géodynamique, Université de Nantes, France. "L'eau a entraîné une large gamme de modifications chimiques dans les roches qui reflètent des basses températures près de la surface jusqu'à des températures élevées en profondeur, sans relation directe avec les conditions de surface à l'époque."

"Le rôle de l'eau liquide sur Mars est d'une grande importance pour son habitabilité et cette étude utilisant les données de Mars Express décrit une zone très large où l'eau souterraine était présente pendant une longue période", dit Olivier Witasse, Scientifique du projet Mars Express de l'ESA.

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