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Un minéral, rare sur Terre mais répandu sur Mars, découvert au cœur de la glace antarctique

dépôts jarosite Mars
Gisement de jarosite capturé par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter, en 2017. | NASA/JPL-Caltech/Univ. de l'Arizona

La jarosite est une espèce minérale composée de sulfate hydraté de fer et de potassium, de couleur ocre ou brun orangé. Relativement rare sur Terre, cette roche semble en revanche particulièrement abondante sur le sol martien, selon les données récoltées par le rover Opportunity en 2004. Or, des scientifiques viennent de découvrir de la jarosite à plus d’un kilomètre de profondeur, dans la glace antarctique. Une découverte qui permet d’expliquer la présence de cette roche sur Mars.

Pour se former, la jarosite nécessite de l’eau et des conditions acides, soit des conditions que l’on ne trouve pas actuellement sur Mars. Pourtant, ce minéral a été identifié en plusieurs endroits de la planète rouge, lors de son exploration par Opportunity. Depuis lors, les scientifiques s’interrogent sur son origine. Certains ont émis l’hypothèse que, lorsque la glace recouvrait la planète il y a des milliards d’années, de la poussière contenant les minéraux nécessaires — à savoir du fer, du sulfate et du potassium — aurait pu être piégée à l’intérieur.

La découverte réalisée en Antarctique vient aujourd’hui corroborer cette hypothèse. Elle suggère en effet que la jarosite pourrait avoir été créée de la même manière sur les deux planètes : à partir de poussière piégée dans d’anciens dépôts de glace.

Des grains de jarosite nichés au cœur de la glace

Sur Mars, tout est recouvert de poussière. En outre, la glace qui s’y trouvait il y a des milliards d’années aurait pu constituer un environnement idéal pour la transformation de poussière acide en jarosite. Cependant, les scientifiques n’avaient jusqu’à présent jamais observé une telle réaction entre la poussière de roche et la glace, ni sur Terre, ni dans d’autres contextes planétaires. La mise au jour de particules de jarosite piégées dans la glace de l’Antarctique apporte aujourd’hui une nouvelle preuve potentielle du phénomène.

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Sur notre planète, la jarosite se fait rare ; elle apparaît généralement dans les amas de déchets miniers exposés à l’air et à la pluie. Elle peut également se former près des évents volcaniques (des orifices secondaires par rapport au cratère principal). Sur la base de ces connaissances, Giovanni Baccolo, géologue à l’Université de Milan-Bicocca, ne s’attendait pas à en trouver en Antarctique. L’expert et son équipe ont pourtant retiré du sol gelé une carotte de glace d’environ 1620 mètres de long, parsemée de minuscules particules de jarosite.

grains jarosite carotte glaciaire
Grains minéraux observés sur la carotte de glace prélevée à Talos Dome, en Antarctique, à une profondeur de 1560 m (a,d,e,f) et 1534 m (b,c ). Barre d’échelle : 1 µm. © G. Baccolo et al.

Ces particules, plus petites que des grains de sable, étaient enfouies dans les couches les plus profondes de la glace. Après analyse au microscope électronique, les chercheurs ont conclu que la jarosite s’était formée dans des poches à l’intérieur de la glace. Ainsi, il est possible que le minéral se soit formé exactement de la même manière sur Mars. Megan Elwood Madden, géochimiste à l’Université de l’Oklahoma, qui n’a pas participé à cette découverte, souligne cependant que sur Mars, la jarosite apparaît sous forme de dépôts de plusieurs mètres d’épaisseur, et non comme quelques grains clairsemés tels qu’observés ici.

Pour Baccolo, cette différence pourrait s’expliquer du fait que la surface de Mars est globalement beaucoup plus poussiéreuse que l’Antarctique ; par conséquent, il y a avait de base beaucoup plus de matière première pour la formation de jarosite, d’où la formation des plaques épaisses évoquées par Elwood Madden. Néanmoins, l’expert reconnaît que ce point commun entre les deux planètes mérite de plus amples recherches : « Ce n’est que la première étape pour relier la glace profonde de l’Antarctique à l’environnement martien », dit-il.

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Des « chaudrons » à minéraux sur Mars ?

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En 2004, le rover Opportunity a découvert de la jarosite sur son site d’atterrissage (Meridiani Planum, la plaine du Méridien), mais également à plusieurs autres endroits sur Mars, suggérant qu’il s’agissait d’un minéral plutôt commun sur cette planète. La découverte avait fait grand bruit : et pour cause, outre certains minéraux et un milieu acide, la formation de jarosite requiert la présence d’eau liquide ! L’eau s’avère également nécessaire pour la conservation à long terme du minéral : des preuves expérimentales montrent que lorsque le rapport eau/roche local dépasse 10, la jarosite se transforme en goethite.

Parmi les hypothèses avancées pour expliquer la présence de ce minéral sur le sol martien, certains scientifiques pensaient qu’elle résultait peut-être de l’évaporation de petites quantités d’eau salée et acide. Baccolo estime, quant à lui, que les roches basaltiques alcalines de la croûte de Mars auraient dans ce cas neutralisé la solution acide. La formation de jarosite au sein des anciens dépôts de glace martiens demeurait l’hypothèse la plus probable : à mesure que les calottes glaciaires se développaient, la poussière se serait accumulée dans la glace et aurait pu se transformer en jarosite dans des poches formées entre les cristaux de glace.

C’est en tout cas ce qu’il s’est produit sur Terre. Les chercheurs ont remarqué que les particules de jarosite trouvées en Antarctique étaient fissurées et quasiment dépourvues d’arêtes vives, ce qui prouve qu’elles se sont formées et érodées à la suite d’assauts chimiques répétés, au sein de poches dans la glace, précisent-ils. Cette découverte souligne également l’importance des glaciers sur la planète rouge : non seulement ils ont creusé des vallées, expliquent les chercheurs, mais ils pourraient également avoir contribué à créer la substance même de Mars ! Baccolo souhaite à présent utiliser les carottes prélevées en Antarctique pour déterminer si les anciens dépôts de glace martiens auraient pu servir ou non de « chaudrons » pour la formation d’autres minéraux.

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Source : Nature Communications, G. Baccolo et al.

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