Um novo estudo publicado em Comunicações da natureza relata a descoberta de sulfato de ferro em Marte, que pode ser um mineral até então desconhecido. O enxofre é abundante em Marte e comumente se combina com outros elementos para criar minerais de sulfato. Na Terra, a maioria dos sulfatos se dissolve facilmente na água da chuva. Marte, no entanto, é extremamente seco, permitindo que estes minerais persistam durante milhares de milhões de anos e preservem evidências de condições ambientais antigas.
Cada mineral tem sua própria estrutura cristalina e propriedades físicas. Exemplos famosos 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 formaram. Durante quase duas décadas, os investigadores ficaram perplexos com as camadas de sulfatos de ferro em Marte que mostram sinais espectrais incomuns. Uma nova investigação liderada pela Dra. Janice Bishop, cientista sênior do Instituto SETI e do Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício, na Califórnia, descobriu e caracterizou a fase incomum de hidroxissulfato de ferro. 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.
Explorações perto de Valles Marineris
O estudo concentrou-se em duas áreas próximas aos Valles Marineris, um dos maiores sistemas de cânions do Sistema Solar. Um local é Aram Chaos, localizado a nordeste de um sistema de cânions onde a água antiga fluía em direção ao terreno inferior ao norte. O segundo local fica no planalto acima de Juventa 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 dos Valles Marineris guarda evidências de um passado mais úmido. Canais antigos esculpidos por água corrente cruzam a paisagem. Os cientistas encontraram minerais de sulfato concentrados em uma área pequena e baixa que provavelmente se formou quando poças de água rica em sulfato evaporaram gradualmente. Quando a água desapareceu, o que restou foram sulfatos de ferro hidratados.
Esses minerais, incluindo o hidroxissulfato de ferro, 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 inicial.
“Examinar a morfologia e estratigrafia destas quatro unidades composicionais permitiu-nos determinar a idade e a relação de formação entre as várias unidades,” disse a Dra. Kathryn Weitz, co-autora do estudo e cientista sénior do Instituto de Ciências Planetárias.
Evidências de Aram Chaos
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 foram formadas quando inundações massivas mudaram há muito tempo a forma da superfície. Quando a água evaporou, deixou depósitos em camadas de sulfatos de ferro e magnésio que indicam um Marte muito mais úmido no passado.
Em uma área de caos formada em uma antiga cratera de impacto, as camadas superiores contêm sulfatos poli-hidratados. Abaixo deles encontram-se camadas de sulfatos monohidratados e hidroxissulfato de ferro.
Como o calor transformou os sulfatos marcianos
Cada um desses tipos de sulfatos possui uma assinatura espectral única que pode ser detectada em órbita com o instrumento CRISM. No início, a localização destas camadas minerais era difícil de explicar. Experimentos de laboratório ajudaram a resolver o mistério. Os pesquisadores descobriram que o aquecimento dos sulfatos poli-hidratados a 50°C os transforma em formas monohidratadas. Se a temperatura exceder 100°C, forma-se hidroxissulfato de ferro. Estes resultados indicam que o calor geotérmico provavelmente alterou os minerais após terem sido depositados.
Sulfatos polihidratados e monohidratados ocorrem em grandes áreas da região. O hidroxissulfato ferroso é muito mais raro e ocorre apenas em algumas pequenas localidades. Os cientistas suspeitam que já existiram fontes geotérmicas mais quentes sob essas áreas, criando as condições necessárias para a formação deste mineral. Depósitos adicionais podem permanecer enterrados sob camadas de sulfatos monohidratados.
Experimentos de laboratório revelam transformações de minerais
Pesquisadores do Instituto SETI e da NASA Ames conduziram experimentos de laboratório para acompanhar como esses minerais evoluem. O processo começa com rosenita (Fe2+SIM4· 4 horas2O), que contém quatro moléculas de água em cada célula unitária. O aquecimento transforma-o em somolnokite (Fe2+SIM4·H2O) que contém apenas uma molécula de água. O aquecimento prolongado produz hidroxissulfato de ferro, onde o OH substitui o H2O na estrutura mineral.
“Nossos experimentos sugerem que este hidroxissulfato férrico só é formado quando sulfatos férricos hidratados são aquecidos na presença de oxigênio”, disse o pesquisador de pós-doutorado Dr. Johannes Maisburger da NASA Ames. “Embora as mudanças na estrutura atómica sejam muito pequenas, esta reação muda drasticamente a forma como estes minerais absorvem a luz infravermelha, o que permitiu ao CRISM identificar este novo mineral em Marte.”
Oxigênio e reações químicas em Marte
Esta reação química requer oxigênio e produz água (Equação 1). Marte tem atualmente uma atmosfera fina dominada por CO2mas ainda contém oxigênio suficiente para esta reação e para a oxidação de outras formas de ferro.
Equação 1: 4 Fe2+SIM4·H2O + O2 → 4 fe3+SIM4OH + 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 atividade geológica em Marte
O hidroxissulfato ferroso recentemente identificado tem uma estrutura cristalina semelhante à do sulfato ferroso monohidratado. No entanto, parece formar-se mais facilmente a partir da rosenita, que contém quatro moléculas de água.
A conversão de sulfatos ferrosos hidratados em hidroxissulfato ferroso ocorre apenas quando as temperaturas excedem 100°C, o que é muito mais elevado do que as condições típicas na superfície de Marte. Os sulfatos observados em Aram Chaos e Juventa, incluindo o hidroxissulfato de ferro, provavelmente se formaram mais tarde que o terreno circundante. Os pesquisadores acreditam que podem remontar ao período amazônico (<3 bilhões de anos atrás).
As descobertas mostram que o calor vulcânico no planalto de Juventa e a energia geotérmica abaixo de Aram Chaos podem converter sulfatos hidratados comuns em hidroxissulfato de ferro. A descoberta sugere que partes de Marte permaneceram química e termicamente activas muito mais recentemente do que se pensava anteriormente, fornecendo novos conhecimentos sobre a evolução da superfície do planeta e a sua capacidade potencial para suportar vida.
O artigo “Caracterização do hidroxissulfato férrico em Marte e implicações do ambiente geoquímico que contribui para a sua formação” é publicado em Comunicações da natureza.
