Mais il y a environ 3,5 milliards d'années, l'eau s'est tarie et l'air, autrefois chargé de dioxyde de carbone, s'est considérablement raréfié, ne laissant derrière lui que le mince filet d'atmosphère qui adhère aujourd'hui à la planète.
Où est passée exactement l'atmosphère de Mars ? Cette question est l'un des mystères centraux de l'histoire de la planète rouge, qui dure depuis 4,6 milliards d'années.
Pour deux géologues du MIT, la réponse pourrait se trouver dans l'argile de la planète. Dans un article publié dans Science Advances , ils suggèrent qu'une grande partie de l'atmosphère manquante de Mars pourrait être enfermée dans la croûte recouverte d'argile de la planète. L'auteur principal de l'étude est Joshua Murray, Ph.D. '24, récemment diplômé de l'EAPS.
L'équipe soutient que, même si l'eau était présente sur Mars, le liquide aurait pu s'infiltrer à travers certains types de roches et déclencher une lente chaîne de réactions qui aurait progressivement extrait le dioxyde de carbone de l'atmosphère et l'aurait converti en méthane, une forme de carbone qui pourrait être stockée pendant des éons dans la surface argileuse de la planète.
Des processus similaires se produisent dans certaines régions de la Terre. Les chercheurs ont utilisé leurs connaissances des interactions entre les roches et les gaz sur Terre et les ont appliquées à la manière dont des processus similaires pourraient se dérouler sur Mars. Ils ont découvert que, compte tenu de la quantité d'argile qui recouvre la surface de Mars, l'argile de la planète pourrait contenir jusqu'à 1,7 bar de dioxyde de carbone, ce qui équivaudrait à environ 80 % de l'atmosphère initiale de la planète.
Il est possible que ce carbone martien séquestré puisse un jour être récupéré et converti en propulseur pour alimenter les futures missions entre Mars et la Terre, proposent les chercheurs.
« D'après nos observations sur Terre, nous montrons que des processus similaires ont probablement eu lieu sur Mars et que de grandes quantités de CO2 atmosphérique auraient pu se transformer en méthane et être séquestrées dans les argiles », explique l'auteur de l'étude, Oliver Jagoutz, professeur de géologie au département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes (EAPS) du MIT. « Ce méthane pourrait encore être présent et peut-être même être utilisé comme source d'énergie sur Mars à l'avenir. »
Dans les plis
Le groupe de Jagoutz au MIT cherche à identifier les processus et interactions géologiques qui déterminent l'évolution de la lithosphère terrestre, la couche externe dure et cassante qui comprend la croûte et le manteau supérieur , où se trouvent les plaques tectoniques.
En 2023, lui et Murray se sont concentrés sur un type de minéral argileux de surface appelé smectite, connu pour être un piège très efficace pour le carbone. Dans un seul grain de smectite se trouvent une multitude de plis, au sein desquels le carbone peut rester intact pendant des milliards d'années. Ils ont montré que la smectite sur Terre était probablement le produit de l'activité tectonique et qu'une fois exposés à la surface, les minéraux argileux agissaient pour attirer et stocker suffisamment de dioxyde de carbone de l'atmosphère pour refroidir la planète pendant des millions d'années.
Peu après que l'équipe eut présenté ses résultats , Jagoutz a regardé par hasard une carte de la surface de Mars et s'est rendu compte qu'une grande partie de la surface de cette planète était recouverte des mêmes argiles smectites. Ces argiles auraient-elles pu avoir un effet similaire de piégeage du carbone sur Mars et, si oui, quelle quantité de carbone ces argiles pourraient-elles contenir ?
« Nous savons que ce processus se produit et il est bien documenté sur Terre. Et ces roches et argiles existent sur Mars », explique Jagoutz. « Nous avons donc voulu essayer de relier les points. »
« Chaque recoin et chaque fissure »
Contrairement à la Terre, où la smectite est une conséquence du déplacement et du soulèvement des plaques continentales qui ont amené des roches du manteau à la surface, il n'y a pas d'activité tectonique de ce type sur Mars. L'équipe a cherché des moyens par lesquels les argiles auraient pu se former sur Mars, en se basant sur ce que les scientifiques savent de l'histoire et de la composition de la planète.
Par exemple, certaines mesures à distance de la surface de Mars suggèrent qu'au moins une partie de la croûte terrestre contient des roches ignées ultramafiques, similaires à celles qui produisent des smectites par érosion sur Terre. D'autres observations révèlent des schémas géologiques similaires à ceux des rivières et affluents terrestres, où l'eau aurait pu couler et réagir avec la roche sous-jacente.
Jagoutz et Murray se sont demandé si l'eau aurait pu réagir avec les roches ultramafiques profondes de Mars d'une manière qui aurait produit les argiles qui recouvrent la surface actuelle. Ils ont développé un modèle simple de la chimie des roches, basé sur ce que l'on sait de la façon dont les roches ignées interagissent avec leur environnement sur Terre.
Ils ont appliqué ce modèle à Mars, où les scientifiques pensent que la croûte terrestre est principalement constituée de roches ignées riches en olivine. L'équipe a utilisé ce modèle pour estimer les changements que pourraient subir les roches riches en olivine, en supposant que l'eau existait à la surface depuis au moins un milliard d'années et que l'atmosphère était chargée de dioxyde de carbone.
« À ce stade de l’histoire de Mars, nous pensons que le CO2 est partout, dans chaque recoin et fissure, et l’eau qui s’infiltre à travers les roches est également pleine de CO2 » , explique Murray.
Pendant environ un milliard d'années, l'eau qui s'infiltrait dans la croûte terrestre aurait lentement réagi avec l'olivine, un minéral riche en une forme réduite de fer. Les molécules d'oxygène de l'eau se seraient liées au fer, libérant ainsi de l'hydrogène et formant le fer oxydé rouge qui donne à la planète sa couleur emblématique.
Cet hydrogène libre se serait ensuite combiné au dioxyde de carbone de l'eau pour former du méthane. Au fil du temps, cette réaction a permis à l'olivine de se transformer lentement en un autre type de roche riche en fer , la serpentine, qui a ensuite continué à réagir avec l'eau pour former de la smectite.
« Ces argiles smectites ont une grande capacité à stocker du carbone », explique Murray. « Nous avons donc utilisé les connaissances existantes sur la manière dont ces minéraux sont stockés dans les argiles sur Terre et avons extrapolé pour dire : si la surface martienne contient telle quantité d'argile, quelle quantité de méthane peut-on stocker dans ces argiles ? »
Lui et Jagoutz ont découvert que si Mars est recouverte d'une couche de smectite de 1 100 mètres d'épaisseur, cette quantité d'argile pourrait stocker une énorme quantité de méthane, équivalente à la majeure partie du dioxyde de carbone de l'atmosphère qui aurait disparu depuis l'assèchement de la planète.
« Nous avons constaté que les estimations des volumes globaux d'argile sur Mars sont cohérentes avec le fait qu'une fraction significative du CO2 initial de Mars est séquestrée sous forme de composés organiques dans la croûte riche en argile », explique Murray. « D'une certaine manière, l'atmosphère manquante de Mars pourrait se cacher à la vue de tous. »
Plus d'informations : Joshua Murray, Altération de l'olivine et perte du carbone atmosphérique précoce de Mars, Science Advances (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adm8443 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm8443
Fourni par le Massachusetts Institute of Technology
Où est passée exactement l'atmosphère de Mars ? Cette question est l'un des mystères centraux de l'histoire de la planète rouge, qui dure depuis 4,6 milliards d'années.
Pour deux géologues du MIT, la réponse pourrait se trouver dans l'argile de la planète. Dans un article publié dans Science Advances , ils suggèrent qu'une grande partie de l'atmosphère manquante de Mars pourrait être enfermée dans la croûte recouverte d'argile de la planète. L'auteur principal de l'étude est Joshua Murray, Ph.D. '24, récemment diplômé de l'EAPS.
L'équipe soutient que, même si l'eau était présente sur Mars, le liquide aurait pu s'infiltrer à travers certains types de roches et déclencher une lente chaîne de réactions qui aurait progressivement extrait le dioxyde de carbone de l'atmosphère et l'aurait converti en méthane, une forme de carbone qui pourrait être stockée pendant des éons dans la surface argileuse de la planète.
Des processus similaires se produisent dans certaines régions de la Terre. Les chercheurs ont utilisé leurs connaissances des interactions entre les roches et les gaz sur Terre et les ont appliquées à la manière dont des processus similaires pourraient se dérouler sur Mars. Ils ont découvert que, compte tenu de la quantité d'argile qui recouvre la surface de Mars, l'argile de la planète pourrait contenir jusqu'à 1,7 bar de dioxyde de carbone, ce qui équivaudrait à environ 80 % de l'atmosphère initiale de la planète.
Il est possible que ce carbone martien séquestré puisse un jour être récupéré et converti en propulseur pour alimenter les futures missions entre Mars et la Terre, proposent les chercheurs.
« D'après nos observations sur Terre, nous montrons que des processus similaires ont probablement eu lieu sur Mars et que de grandes quantités de CO2 atmosphérique auraient pu se transformer en méthane et être séquestrées dans les argiles », explique l'auteur de l'étude, Oliver Jagoutz, professeur de géologie au département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes (EAPS) du MIT. « Ce méthane pourrait encore être présent et peut-être même être utilisé comme source d'énergie sur Mars à l'avenir. »
Dans les plis
Le groupe de Jagoutz au MIT cherche à identifier les processus et interactions géologiques qui déterminent l'évolution de la lithosphère terrestre, la couche externe dure et cassante qui comprend la croûte et le manteau supérieur , où se trouvent les plaques tectoniques.
En 2023, lui et Murray se sont concentrés sur un type de minéral argileux de surface appelé smectite, connu pour être un piège très efficace pour le carbone. Dans un seul grain de smectite se trouvent une multitude de plis, au sein desquels le carbone peut rester intact pendant des milliards d'années. Ils ont montré que la smectite sur Terre était probablement le produit de l'activité tectonique et qu'une fois exposés à la surface, les minéraux argileux agissaient pour attirer et stocker suffisamment de dioxyde de carbone de l'atmosphère pour refroidir la planète pendant des millions d'années.
Peu après que l'équipe eut présenté ses résultats , Jagoutz a regardé par hasard une carte de la surface de Mars et s'est rendu compte qu'une grande partie de la surface de cette planète était recouverte des mêmes argiles smectites. Ces argiles auraient-elles pu avoir un effet similaire de piégeage du carbone sur Mars et, si oui, quelle quantité de carbone ces argiles pourraient-elles contenir ?
« Nous savons que ce processus se produit et il est bien documenté sur Terre. Et ces roches et argiles existent sur Mars », explique Jagoutz. « Nous avons donc voulu essayer de relier les points. »
« Chaque recoin et chaque fissure »
Contrairement à la Terre, où la smectite est une conséquence du déplacement et du soulèvement des plaques continentales qui ont amené des roches du manteau à la surface, il n'y a pas d'activité tectonique de ce type sur Mars. L'équipe a cherché des moyens par lesquels les argiles auraient pu se former sur Mars, en se basant sur ce que les scientifiques savent de l'histoire et de la composition de la planète.
Par exemple, certaines mesures à distance de la surface de Mars suggèrent qu'au moins une partie de la croûte terrestre contient des roches ignées ultramafiques, similaires à celles qui produisent des smectites par érosion sur Terre. D'autres observations révèlent des schémas géologiques similaires à ceux des rivières et affluents terrestres, où l'eau aurait pu couler et réagir avec la roche sous-jacente.
Jagoutz et Murray se sont demandé si l'eau aurait pu réagir avec les roches ultramafiques profondes de Mars d'une manière qui aurait produit les argiles qui recouvrent la surface actuelle. Ils ont développé un modèle simple de la chimie des roches, basé sur ce que l'on sait de la façon dont les roches ignées interagissent avec leur environnement sur Terre.
Ils ont appliqué ce modèle à Mars, où les scientifiques pensent que la croûte terrestre est principalement constituée de roches ignées riches en olivine. L'équipe a utilisé ce modèle pour estimer les changements que pourraient subir les roches riches en olivine, en supposant que l'eau existait à la surface depuis au moins un milliard d'années et que l'atmosphère était chargée de dioxyde de carbone.
« À ce stade de l’histoire de Mars, nous pensons que le CO2 est partout, dans chaque recoin et fissure, et l’eau qui s’infiltre à travers les roches est également pleine de CO2 » , explique Murray.
Pendant environ un milliard d'années, l'eau qui s'infiltrait dans la croûte terrestre aurait lentement réagi avec l'olivine, un minéral riche en une forme réduite de fer. Les molécules d'oxygène de l'eau se seraient liées au fer, libérant ainsi de l'hydrogène et formant le fer oxydé rouge qui donne à la planète sa couleur emblématique.
Cet hydrogène libre se serait ensuite combiné au dioxyde de carbone de l'eau pour former du méthane. Au fil du temps, cette réaction a permis à l'olivine de se transformer lentement en un autre type de roche riche en fer , la serpentine, qui a ensuite continué à réagir avec l'eau pour former de la smectite.
« Ces argiles smectites ont une grande capacité à stocker du carbone », explique Murray. « Nous avons donc utilisé les connaissances existantes sur la manière dont ces minéraux sont stockés dans les argiles sur Terre et avons extrapolé pour dire : si la surface martienne contient telle quantité d'argile, quelle quantité de méthane peut-on stocker dans ces argiles ? »
Lui et Jagoutz ont découvert que si Mars est recouverte d'une couche de smectite de 1 100 mètres d'épaisseur, cette quantité d'argile pourrait stocker une énorme quantité de méthane, équivalente à la majeure partie du dioxyde de carbone de l'atmosphère qui aurait disparu depuis l'assèchement de la planète.
« Nous avons constaté que les estimations des volumes globaux d'argile sur Mars sont cohérentes avec le fait qu'une fraction significative du CO2 initial de Mars est séquestrée sous forme de composés organiques dans la croûte riche en argile », explique Murray. « D'une certaine manière, l'atmosphère manquante de Mars pourrait se cacher à la vue de tous. »
Plus d'informations : Joshua Murray, Altération de l'olivine et perte du carbone atmosphérique précoce de Mars, Science Advances (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adm8443 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm8443
Fourni par le Massachusetts Institute of Technology