26/08/22

Petite surprise dans le sous-sol du cratère Jezero observé par le rover martien Perseverance


Les planétologues ont eu une petite surprise lorsque le rover martien Perseverance a commencé à examiner des roches du cratère Jezero au printemps 2021 : Le cratère ayant abrité un lac il y a des milliards d'années, ils s'attendaient à trouver des roches sédimentaires, qui se seraient formées dans un environnement autrefois humide. Mais au lieu de cela, ils ont découvert que le sol était constitué de deux types de roches ignées, l'une formée en profondeur à partir de magma, l'autre issue de l'activité volcanique en surface… Quatre articles sont consacrés cette semaine à ces observations, dans Science et Science Advances.

Dans Science, la première étude donne un aperçu de l'exploration du fond du cratère par Perseverance avant son arrivée dans l'ancien delta de la rivière Jezero en avril 2022 ; la deuxième décrit en détail les roches qui semblent s'être formées à partir d'une épaisse masse de magma. Les deux autres articles, publiés dans Science Advances, détaillent comment le laser de vaporisation de la roche et le radar à pénétration de sol de Persévérance ont permis de déterminer que des roches ignées recouvrent le fond du cratère.

Les roches ignées, c’est des roches métamorphiques ayant subi une forte chaleur ou dont les propriétés sont consécutives à ces températures élevées. On les appelle aussi des roches éruptives, ou encore magmatiques. Les roches ignées sont d'excellents chronomètres, car les cristaux qu'elles contiennent enregistrent des détails sur le moment précis de leur formation. On peut notamment savoir grâce à elles quand le lac était présent à Jezero. Il était simplement là plus récemment que le moment où ces roches ignées du fond du cratère se sont formées. Le rover Persévérance a commencé à forer et à recueillir des carottes de roches afin que la campagne de retour d'échantillons de Mars puisse éventuellement les ramener sur Terre pour les étudier dans le futur.

Ken Farley (California Institute of Technology) et ses collaborateurs montrent à partir de leurs analyses à distance que le plancher du cratère, sous le delta sédimentaire, est constitué de roches ignées altérées par l'eau. L'unité exposée la plus basse, officieusement appelée Séítah, est une roche riche en olivine grossièrement cristalline, qui s'est accumulée à la base d'un corps magmatique. Les carbonates de Fe-Mg le long des limites des grains indiquent des réactions avec de l'eau riche en CO2, dans des conditions pauvres en eau. Les planétologues montrent qu’au-dessus de Séítah se trouve une unité appelée officieusement Máaz, qu’ils interprètent comme des coulées de lave ou le complément chimique de Séítah dans un corps igné stratifié. Les vides dans ces roches contiennent des sulfates et des perchlorates, qui ont probablement été introduits par l'évaporation ultérieure de la saumure proche de la surface.

Le deuxième article publié dans Science résout un mystère de longue date sur Mars. Il y a quelques années, les orbiteurs de Mars avaient repéré une formation rocheuse remplie d'olivine. Mesurant environ 70 000 kilomètres carrés, cette formation s'étend du bord intérieur du cratère Jezero jusqu'à la région environnante. Les planétologues ont proposé diverses théories pour expliquer pourquoi l'olivine est si abondante sur une si grande surface, notamment des impacts de météorites, des éruptions volcaniques et des processus sédimentaires. Mais aussi une autre théorie qui dit que l'olivine se serait formée dans les profondeurs du sous-sol à partir d'un magma se refroidissant lentement, avant d'être exposée à la surface au fil du temps par l'érosion. Yang Liu (JPL/NASA) et ses coauteurs ont déterminé que c’est cette dernière explication qui est en fait la plus probable. Les chercheurs ont étudié la zone exposée d’une roche de la formation Séítah qui a été abrasée par Perseverance pour en révéler la composition par fluorescence X. Ils montrent avec l’instrument PIXL que les grains d’olivine ont une grande taille, de 1 à 3 mm, en plus de déterminer la chimie et la texture de la roche. Cette taille de grains est beaucoup plus grande que ce que l'on attendrait d'une olivine formée dans une lave se refroidissant rapidement à la surface de la planète. Et sa composition uniforme dans une texture de roche spécifique nécessite également un environnement à refroidissement très lent. Ils en concluent que le magma à Jezero n'était pas dû à une éruption en surface.

Les deux articles de Science Advances détaillent quant à eux les résultats des instruments SuperCam et du radar à pénétration de sol appelé RIMFAX (Radar Imager for Mars' Subsurface Experiment). SuperCam est équipé d'un laser qui vaporise la roche et peut atteindre une cible aussi petite qu'une pointe de crayon à une distance de 7 mètres. Il étudie la vapeur qui en résulte à l'aide d'un spectromètre à lumière visible afin de déterminer la composition chimique de la roche. Au cours des dix premiers mois de Persévérance sur Mars (les 286 premiers jours), SuperCam a capté 1450 points, ce qui a permis à Roger Wiens (Los Alamos National Laboratory) et son équipe d'arriver à leurs conclusions sur les roches ignées du fond du cratère. La dominante est basaltique, avec un enrichissement en plagioclase dans les endroits stratigraphiquement plus élevés. Les roches stratigraphiquement plus basses et stratifiées sont quant à elles plus riches en pyroxène. De plus, les chercheurs ont utilisé SuperCam dans le proche infrarouge pour observer que l'eau a modifié les minéraux des roches du fond du cratère. Mais grâce à la combinaison des observations laser et infrarouge, ils constatent que les altérations ne sont pas généralisées au fond du cratère. Les données suggèrent que les matériaux d'altération, notamment les carbonates, les sulfates, les perchlorates, les silicates hydratés et les oxydes de fer, sont omniprésents mais peu abondants, ce qui suggère des conditions lacustres relativement brèves selon les chercheurs.

Enfin, le radar pénétrant RIMFAX a produit des détails inégalés sur la subsurface martienne. L'instrument a réalisé la première étude radar à pénétration de sol du sous-sol martien. Une image radar continue, acquise au cours de la traversée initiale de 3 kilomètres du rover Persévérance, révèle les propriétés électromagnétiques et la stratigraphie du substrat rocheux du fond du cratère Jezero jusqu'à une profondeur de 15 mètres sous la surface. L'image radar révèle l’omniprésence de séquences stratifiées fortement réfléchissantes qui plongent vers le bas à des angles allant jusqu'à 15 degrés par rapport à l'horizontale dans des directions normales à la limite curviligne de la section exposée de la formation Séitah. Les pentes observées, les épaisseurs et la morphologie interne des sections stratigraphiques inclinées peuvent être interprétées selon Svein-Erik Hamran (Université d’Oslo) et son équipe soit comme des couches magmatiques formées dans un corps igné différencié, soit comme des couches sédimentaires formées dans des environnements aqueux. Selon eux, la découverte de structures enfouies sur le fond du cratère de Jezero est potentiellement compatible avec une histoire d'activité ignée et d'épisodes aqueux multiples.

Le sous-sol du cratère Jezero que l’on pensait être très riche en roches sédimentaires suite au passé supposé très humide de la région avec un lac potentiel, qui pourraient conserver des signes d’organismes vivants, révèle donc des surprises avec un sous-sol en fait plutôt volcanique, beaucoup moins propice à conserver des traces de vie passée...


Sources

Aqueously altered igneous rocks sampled on the floor of Jezero crater, Mars
K. A. Farley et al.
Science (25 august 2022)

An olivine cumulate outcrop on the floor of Jezero crater, Mars
Y. Liu et al.
Science (25 august 2022)

Compositionally and density stratified igneous terrain in Jezero crater, Mars
Roger c. Wiens et al.
Science advances vol 8, issue 34 (25 august 2022)

Ground penetrating radar observations of subsurface structures in the floor of Jezero crater, Mars
Svein-Erik Hamran et al.
Science advances vol 8, issue 34 (25 august 2022)


Illustrations

Terrain martien où Perseverance a effectué ses analyses de roche (NASA/Caltech)

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