Déterminer l’histoire de Mars, comment elle s’est formée et a évolué au fil du temps, est un objectif des missions d’orbiteur et de rover sur la planète rouge depuis des décennies.
En analysant les données de plusieurs de ces missions martiennes, une équipe de chercheurs dirigée par Steve Ruff de la School of Earth and Space Exploration de l’Arizona State University a déterminé que le substrat rocheux énigmatique riche en olivine dans le cratère Gusev et dans et autour du cratère Jezero pourrait être un type de roche. appelée « ignimbrite », qui est à la fois ignée et sédimentaire et se forme à la suite d’éruptions explosives cataclysmiques provenant d’immenses caldeiras volcaniques.
Si l’équipe a raison, cela peut conduire à une meilleure compréhension du substrat rocheux riche en olivine dans d’autres endroits sur Mars et peut également indiquer un style de volcanisme plus courant dans l’histoire ancienne de Mars. Les résultats de leur étude viennent d’être publiés dans Icare.
« Il y a beaucoup d’idées sur l’origine du substrat rocheux riche en olivine qui couvre de grandes parties d’une région appelée Nili Fossae, qui comprend le cratère de Jezero », a déclaré Ruff. « C’est un débat qui dure depuis près de 20 ans. »
Des expositions de substrat rocheux riche en olivine et également en carbonate relient le cratère Gusev, exploré il y a 16 ans par le rover Spirit de la NASA, et la région de Nili Fossae où le rover Mars 2020 Perseverance explore actuellement le cratère Jezero. Les deux endroits ont la plus grande abondance d’olivine jamais identifiée sur Mars. Les similitudes dans la composition et la morphologie des roches riches en olivine largement séparées n’avaient pas été étudiées auparavant. Maintenant, il semble qu’ils se soient formés de la même manière.
L’olivine est un minéral de silicate commun qui provient du magma généré dans le manteau de Mars (ce même processus se produit également sur Terre). Ainsi, une sorte de processus volcanique est une explication raisonnable de l’origine des roches riches en olivine sur Mars. Mais des scénarios allant de coulées de lave à un impact géant draguant l’olivine du manteau avaient été proposés précédemment.
Ruff et l’équipe visaient à tester une hypothèse principale impliquant des cendres doucement déposées à partir de panaches volcaniques. Mais leurs observations ont révélé une histoire beaucoup plus violente.
En particulier, Ruff a examiné des mosaïques d’images de l’imageur microscopique du rover Mars Spirit (qui ressemble à la loupe d’un géologue) et a remarqué des roches avec une texture inhabituelle. Ruff a consulté une bibliothèque en ligne avec des images de roches sur Terre et est tombé sur des roches volcaniques avec des textures qui ressemblaient remarquablement à celles des mosaïques de Mars.
« C’était un moment eureka », dit Ruff. « Je voyais le même type de textures dans les roches du cratère Gusev que celles d’un type très spécifique de roche volcanique trouvée ici sur Terre. »
Les images provenaient d’un type de roche appelée « ignimbrite », qui est essentiellement à la fois ignée et sédimentaire. Les ignimbrites se forment à la suite de coulées de cendres pyroclastiques, de pierre ponce et de blocs provenant des plus grandes explosions volcaniques connues sur Terre.
« Imaginez un nuage de gaz chauds et de cendres et de pierre ponce presque en fusion traversant le paysage sur des dizaines de kilomètres et s’empilant en couches jusqu’à des centaines de pieds d’épaisseur en quelques jours seulement », a déclaré Ruff.
Après leur mise en place, les dépôts d’ignimbrite se refroidissent lentement au fil des mois ou des années. Cela conduit à des réseaux complexes de fractures appelées joints de refroidissement, qui se forment lorsque les épais tas de cendres et de pierre ponce se contractent. Ruff a reconnu des modèles de fractures particulièrement similaires dans les dépôts rocheux riches en olivine sur Mars, ajoutant à la preuve d’une origine ignimbrite.
Sur Terre, les ignimbrites se trouvent dans des endroits comme le parc national de Yellowstone dans l’ouest des États-Unis. Les roches de couleur jaune sont des ignimbrites d’une immense caldeira volcanique qui s’est formée au cours d’une période commençant il y a environ 2,1 millions d’années et qui est maintenant remplie.
« Personne n’avait auparavant suggéré les ignimbrites comme explication du substrat rocheux riche en olivine sur Mars », a déclaré Ruff. « Et il est possible que ce soit le genre de roche sur laquelle le rover Persévérance a roulé et échantillonné l’année dernière. »
Mars possède le plus grand volcan du système solaire et des coulées de lave qui couvrent d’immenses étendues de la planète, de sorte que les roches volcaniques sont une évidence. Mais seuls quelques endroits avaient été suggérés pour contenir des ignimbrites, et jusqu’à présent seulement provisoirement.
Avec les nouvelles découvertes de cette équipe, il est possible que des ignimbrites se produisent dans les cratères Jezero et Gusev. D’autres endroits avec un socle rocheux riche en olivine sont également des gisements d’ignimbrite candidats, et tous semblent s’être formés au début de l’histoire de Mars, au cours du premier milliard d’années environ.
« La composition riche en olivine est inhabituelle pour la plupart des ignimbrites sur Terre, mais il existe des preuves de cette composition dans les plus anciennes. Maintenant, avec les preuves solides d’anciennes ignimbrites riches en olivine sur Mars, cela indique peut-être un style de volcanisme, cataclysmique des éruptions explosives de magma riche en olivine, qui se produisent au début de l’évolution géologique d’une planète », a déclaré Ruff. « La réponse dans le cas de Mars pourrait provenir d’échantillons de roche collectés par Persévérance et renvoyés sur Terre par de futures missions. »
Steven W. Ruff et al, le substrat rocheux riche en olivine et en carbonate dans le cratère Gusev et la région de Nili Fossae sur Mars peuvent être des dépôts d’ignimbrite altérés, Icare (2022). DOI : 10.1016/j.icarus.2022.114974