Na palma da mão de Jessica Barnes está um antigo, mosaico de vidro do tamanho de uma moeda, minerais e rochas da espessura de um fio de fibra de lã. É uma fatia de meteorito marciano, conhecido como Noroeste da África 7034 ou Black Beauty, que se formou quando um grande impacto cimentou vários pedaços da crosta marciana.

Barnes é professor assistente de ciências planetárias no Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona. Ela e sua equipe analisaram quimicamente o meteorito Black Beauty e o infame meteorito Allan Hills 84001 - polêmico na década de 1990 por supostamente conter micróbios marcianos - para reconstruir a história da água de Marte e as origens planetárias.

A análise deles, publicado hoje em Nature Geoscience , mostrou que Marte provavelmente recebeu água de pelo menos duas fontes muito diferentes no início de sua história. A variabilidade que os pesquisadores descobriram implica que Marte, ao contrário da Terra e da lua, nunca teve um oceano de magma envolvendo completamente o planeta.

"Essas duas fontes diferentes de água no interior de Marte podem estar nos dizendo algo sobre os tipos de objetos que estavam disponíveis para se aglutinarem no interior, planetas rochosos, "Barnes disse. Dois planetesimais distintos com conteúdos de água muito diferentes poderiam ter colidido e nunca totalmente misturado." Este contexto também é importante para compreender a habitabilidade passada e astrobiologia de Marte. "

Lendo a água

"Muitas pessoas têm tentado descobrir a história da água de Marte, "Barnes disse." Tipo, de onde veio a água? Quanto tempo ficou na crosta (superfície) de Marte? De onde veio a água do interior de Marte? O que a água pode nos dizer sobre como Marte se formou e evoluiu? "

Barnes e sua equipe conseguiram juntar a história da água de Marte procurando por pistas em dois tipos, ou isótopos, de hidrogênio. Um isótopo de hidrogênio contém um próton em seu núcleo; isso às vezes é chamado de "hidrogênio leve". O outro isótopo é chamado deutério, que contém um próton e um nêutron no núcleo; isso às vezes é chamado de "hidrogênio pesado". A proporção desses dois isótopos de hidrogênio sinaliza para um cientista planetário os processos e as possíveis origens da água nas rochas, minerais e vidros nos quais são encontrados.

Mistério do Meteorito

Por cerca de 20 anos, pesquisadores têm registrado as razões isotópicas de meteoritos marcianos, e seus dados estavam espalhados por todo o lugar. Parecia haver pouca tendência, Barnes disse.

Água presa nas rochas da Terra é o que é chamado de não fracionado, o que significa que não se desvia muito do valor de referência padrão da água do oceano - 1:6, Proporção de 420 de hidrogênio pesado para leve. Atmosfera de Marte, por outro lado, é fortemente fracionado - é principalmente povoado por deutério, ou hidrogênio pesado, provavelmente porque o vento solar removeu o hidrogênio leve. As medições dos meteoritos marcianos - muitos dos quais foram escavados nas profundezas de Marte por eventos de impacto - percorreram a gama entre as medições da atmosfera da Terra e de Marte.

A equipe de Barnes começou a investigar a composição dos isótopos de hidrogênio da crosta marciana, especificamente estudando amostras que eles sabiam serem originadas da crosta:os meteoritos Black Beauty e Allan Hills. Black Beauty foi especialmente útil porque é um mashup de material de superfície de muitos pontos diferentes da história de Marte.

"Isso nos permitiu ter uma ideia de como era a crosta de Marte ao longo de vários bilhões de anos, "Barnes disse.

As razões isotópicas das amostras de meteorito caíram a meio caminho entre o valor das rochas da Terra e a atmosfera de Marte. Quando as descobertas dos pesquisadores foram comparadas com estudos anteriores, incluindo resultados do Curiosity Rover, parece que foi esse o caso durante a maior parte da história de mais de 4 bilhões de anos de Marte.

"Nós pensamos, ok isso é interessante, mas também meio estranho, "Barnes disse." Como podemos explicar essa dicotomia em que a atmosfera marciana está sendo fracionada, mas a crosta basicamente permanece a mesma ao longo do tempo geológico? "

Barnes e seus colegas também tentaram explicar por que a crosta parecia tão diferente do manto marciano, a rocha mais tarde que está abaixo.

"Se você tentar explicar esta razão isotópica razoavelmente constante da crosta de Marte, você realmente não pode usar a atmosfera para fazer isso, "Barnes disse." Mas nós sabemos como as crostas são formadas. Eles são formados de material fundido do interior que se solidifica na superfície. "

"A hipótese predominante antes de começarmos este trabalho era que o interior de Marte era mais semelhante à Terra e não fracionado, e, portanto, a variabilidade nas razões de isótopos de hidrogênio dentro das amostras de Marte foi devido à contaminação terrestre ou implantação atmosférica quando saiu de Marte, "Barnes disse.

A ideia de que o interior de Marte tinha uma composição semelhante à da Terra veio de um estudo de um meteorito marciano que se pensava ter se originado do manto - o interior entre o núcleo do planeta e sua crosta superficial.

Contudo, Barnes disse, "Os meteoritos marcianos basicamente traçam por todo o lugar, Portanto, tentar descobrir o que essas amostras estão realmente nos dizendo sobre a água no manto de Marte tem sido historicamente um desafio. O fato de que nossos dados para a crosta eram tão diferentes nos levou a voltar através da literatura científica e examinar os dados. "

Os pesquisadores descobriram que dois tipos geoquimicamente diferentes de rochas vulcânicas marcianas - shergottites enriquecidos e shergottites empobrecidos - contêm água com diferentes razões de isótopos de hidrogênio. Os shergottites enriquecidos contêm mais deutério do que os shergottites esgotados, que são mais parecidos com a Terra, eles encontraram.

"Acontece que se você misturar diferentes proporções de hidrogênio desses dois tipos de shergottitas, você pode obter o valor crustal, "Barnes disse.

Ela e seus colegas pensam que os shergottitas estão gravando as assinaturas de dois hidrogênios diferentes - e, por extensão, água - reservatórios dentro de Marte. A grande diferença sugere que mais de uma fonte pode ter contribuído com água para Marte e que Marte não tinha um oceano de magma global.