Cientistas podem ter descoberto um mineral totalmente novo em Marte

Cada mineral tem sua própria estrutura cristalina e propriedades físicas. Exemplos familiares incluem gesso e hematita. Os cientistas analisam dados de naves espaciais em órbita para identificar minerais na superfície marciana e reconstruir as condições ambientais que os produziram. Por quase duas décadas, os pesquisadores ficaram intrigados com as camadas de sulfatos de ferro em Marte que mostram sinais espectrais incomuns. Uma nova investigação liderada pela Dra. Janice Bishop, pesquisadora sênior do Instituto SETI e do Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício, na Califórnia, identificou e caracterizou agora uma fase incomum de hidroxissulfato férrico. A equipe combinou experimentos de laboratório com observações orbitais de Marte para compreender melhor esses materiais. Os seus resultados fornecem novas pistas sobre o papel do calor, da água e das reações químicas na formação da paisagem marciana.

“Investigamos dois locais contendo sulfato perto do vasto sistema de cânions Valles Marineris que incluíam bandas espectrais misteriosas vistas a partir de dados orbitais, bem como sulfatos em camadas e geologia intrigante”, disse Bishop.

Locais de estudo perto de Valles Marineris

A pesquisa concentrou-se em duas áreas próximas a Valles Marineris, um dos maiores sistemas de cânions do sistema solar. Um local é Aram Chaos, situado a nordeste do sistema de cânions, onde a antiga água fluía em direção a terrenos mais baixos ao norte. O segundo local fica no planalto acima de Juventae Chasma, um desfiladeiro de 5 km de profundidade localizado ao norte de Valles Marineris.

Planalto Juventa (acima de Juventa Chasma)

Esta região próxima às falésias de Valles Marineris preserva sinais de um passado mais úmido. Antigos canais escavados pela água corrente atravessam a paisagem. Os cientistas encontraram minerais de sulfato concentrados em uma pequena área baixa que provavelmente se formou quando poças de água rica em sulfato evaporaram gradualmente. À medida que a água desapareceu, os sulfatos ferrosos hidratados foram deixados para trás.

Esses minerais, incluindo o hidroxissulfato férrico, ocorrem em camadas finas com cerca de um metro de espessura que ficam acima e abaixo dos materiais basálticos. A sua posição sugere que foram posteriormente expostos ao calor da lava ou cinzas vulcânicas após a sua formação original.

“A investigação das morfologias e estratigrafias destas quatro unidades composicionais permitiu-nos determinar as relações de idade e formação entre as diferentes unidades,” disse a Dra. Catherine Weitz, co-autora do estudo e cientista sénior do Planetary Science Institute.

Evidências do caos de Aram

Os minerais de sulfato estão espalhados por toda a região de Valles Marineris, especialmente em paisagens acidentadas chamadas terrenos caóticos. Os cientistas acreditam que estas áreas se formaram quando grandes inundações remodelaram a superfície há muito tempo. À medida que a água evaporou, deixou depósitos em camadas de sulfatos de ferro e magnésio que fornecem evidências de um Marte muito mais úmido no passado.

Num terreno caótico que se formou dentro de uma antiga cratera de impacto, as camadas superiores contêm sulfatos poli-hidratados. Abaixo deles encontram-se camadas de sulfatos monohidratados e hidroxissulfato férrico.

Como o calor transformou os sulfatos marcianos

Cada um desses tipos de sulfato possui uma assinatura espectral única que pode ser detectada em órbita usando o instrumento CRISM. No início, a disposição destas camadas minerais era difícil de explicar. Experimentos de laboratório ajudaram a resolver o quebra-cabeça. Os pesquisadores descobriram que o aquecimento dos sulfatos polihidratados a 50°C os converte em formas monohidratadas. Quando as temperaturas excedem 100°C, forma-se hidroxissulfato férrico. Estes resultados indicam que o calor geotérmico provavelmente alterou os minerais após terem sido depositados.

Sulfatos polihidratados e monohidratados aparecem em grandes áreas da região. O hidroxissulfato férrico é muito mais raro e ocorre apenas em alguns locais pequenos. Os cientistas suspeitam que já existiram fontes geotérmicas mais quentes abaixo destas áreas, produzindo as condições necessárias para criar este mineral. Depósitos adicionais poderiam permanecer enterrados sob camadas de sulfatos monohidratados.

Experimentos de laboratório revelam transformações minerais

Pesquisadores do Instituto SETI e da NASA Ames realizaram experimentos de laboratório para rastrear como esses minerais evoluem. O processo começa com rozenita (Fe²⁺ENTÃO₄·4H₂O), que contém quatro moléculas de água em cada célula unitária. O aquecimento transforma-o em szomolnokite (Fe²⁺ENTÃO₄·H₂O), que contém apenas uma molécula de água. O aquecimento contínuo produz hidroxissulfato férrico, onde OH substitui H2O na estrutura mineral.

“Nossos experimentos sugerem que este hidroxissulfato férrico só se forma quando sulfatos ferrosos hidratados são aquecidos na presença de oxigênio”, disse o pesquisador de pós-doutorado Dr. Johannes Meusburger da NASA Ames. “Embora as mudanças na estrutura atómica sejam muito pequenas, esta reação altera drasticamente a forma como estes minerais absorvem a luz infravermelha, o que permitiu a identificação deste novo mineral em Marte usando o CRISM.”

Oxigênio e reações químicas em Marte

Esta reação química requer gás oxigênio e gera água (Equação 1). Marte tem atualmente uma atmosfera fina dominada por CO₂mas ainda contém oxigênio suficiente para que essa reação ocorra e para que outras formas de ferro também sejam oxidadas.

Equação 1: 4 Fe²⁺ENTÃO₄·H₂O + O₂ → 4 Fe³⁺ENTÃO₄OH + 2H₂Ó

“O material formado nestas experiências de laboratório é provavelmente um novo mineral devido à sua estrutura cristalina única e estabilidade térmica”, disse Bishop. “No entanto, os cientistas também devem encontrá-lo na Terra para reconhecê-lo oficialmente como um novo mineral”.

Pistas sobre a atividade geológica de Marte

O hidroxissulfato férrico recentemente identificado tem uma estrutura cristalina semelhante à szomolnokite, um sulfato ferroso monohidratado. No entanto, parece formar-se mais facilmente a partir da rozenita, que contém quatro moléculas de água.

A transformação de sulfatos ferrosos hidratados em hidroxissulfato férrico ocorre apenas quando as temperaturas excedem 100°C, muito mais quentes do que as condições típicas da superfície marciana. Os sulfatos observados em Aram Chaos e Juventae, incluindo o hidroxissulfato férrico, provavelmente se formaram mais recentemente do que o terreno circundante. Os pesquisadores sugerem que podem datar do período amazônico (<3 bilhões de anos atrás).

As descobertas indicam que o calor vulcânico no Planalto Juventae e a energia geotérmica abaixo de Aram Chaos poderiam converter sulfatos hidratados comuns em hidroxissulfato férrico. Esta descoberta sugere que partes de Marte permaneceram química e termicamente activas mais recentemente do que se acreditava anteriormente, oferecendo novas informações sobre a evolução da superfície do planeta e a sua possível capacidade de suportar vida.

O artigo, Caracterização do Hidroxissulfato Férrico em Marte e Implicações do Ambiente Geoquímico que Apoia sua Formação, foi publicado em Comunicações da Natureza.