Astronomie

Quelle pourrait être l'origine possible du bore trouvé dans le sol martien si ce n'est de l'ancienne nappe phréatique ?

Quelle pourrait être l'origine possible du bore trouvé dans le sol martien si ce n'est de l'ancienne nappe phréatique ?


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Dans une observation récente rapportée dans l'article de ScienceAlert « Le bore a été détecté sur Mars pour la première fois », rapportant que

Le rover Curiosity a trouvé du bore à la surface de Mars, indiquant qu'à un moment donné, la planète rouge avait des eaux souterraines habitables à long terme.

Faire l'analogie que

Le bore ici sur Terre est associé à des sites où il y avait autrefois beaucoup d'eau, mais il s'est depuis évaporé - comme la Vallée de la Mort en Californie.

Cependant, ils déclarent que ce n'est pas nécessairement le cas pour Mars, donc

Quelle pourrait être l'origine possible du bore trouvé dans le sol martien si ce n'est de l'ancienne nappe phréatique ?


Recherche publiée dans le PLoS Un L'article "Boron Enrichment in Martian Clay" (Stephenson et al. 2013) suggère une origine volcanique pour le bore, dans l'analyse chimique d'une météorite martienne (trouvée en Antarctique), ils expliquent :

Une interprétation géochimique simple de nos résultats est que le bore, un élément relativement volatil et soluble, a été d'abord concentré dans la lie fluide de lave (4-7 ppm de bore a été détecté dans le stade tardif de la mésostase d'autres nakhlites) et puis est devenu encore plus concentré par les eaux souterraines ou les fluides hydrothermaux qui est entré en contact avec la roche.

D'autres modélisations rapportées dans l'article "Partitioning of light lithophile elements during basalt erupions on Earth and application to Martian shergottites" (Edmonds, 2014), pointent également vers une origine volcanique. Leur modélisation est basée sur des analyses de pyroxènes de shergottite (météorites martiennes), indiquant que le bore élevé observé aux côtés d'autres éléments lithophiles légers ou LLE sont liés aux processus chimiques antérieurs du manteau, extrapolés de ceux observés sur Terre :

La gamme de LLE et d'éléments traces observée dans les pyroxènes de shergottite est plutôt cohérente avec le mélange et le fractionnement simultanés des masses fondues hétérogènes du manteau.

Aussi, une origine volcanique est suggérée dans le résumé de la conférence Goldschmidt "Boron isotopes in the nakhlites: Implications for crustal fluids on Mars" (Spivak-Berndorf et al. 2008), également basé sur des analyses de nakhlites :

L'absence de fractionnement isotopique entre les phases d'altération ignée et secondaire dans les nakhlites indique que (1) le B dans le fluide qui a déposé l'iddingsite était dérivé des minéraux ignés primaires et (2) il y avait un fractionnement isotopique B minimal entre le fluide et le site d'idding


Première détection de bore à la surface de Mars

Le bore a été identifié pour la première fois à la surface de Mars, indiquant le potentiel d'eaux souterraines habitables à long terme dans un passé ancien. Cette découverte et d'autres de l'équipe scientifique du rover Curiosity de la NASA seront discutées lors d'une conférence de presse aujourd'hui à San Francisco lors de la conférence de l'American Geophysical Union.

"Aucune mission antérieure sur Mars n'a trouvé de bore", a déclaré Patrick Gasda, chercheur postdoctoral au Laboratoire national de Los Alamos. "Si le bore que nous avons trouvé dans les veines minérales de sulfate de calcium sur Mars est similaire à ce que nous voyons sur Terre, cela indiquerait que les eaux souterraines de l'ancienne Mars qui ont formé ces veines auraient été de 0-60 degrés Celsius [32-140 degrés Fahrenheit ] et un pH neutre à alcalin." La température, le pH et la teneur en minéraux dissous de l'eau souterraine pourraient la rendre habitable.

Le bore a été identifié par l'instrument de chimie et de caméra de tir laser (ChemCam) du rover, qui a été développé au laboratoire national de Los Alamos en collaboration avec l'agence spatiale française. Le travail de Los Alamos sur des instruments axés sur la découverte comme ChemCam découle de l'expérience du laboratoire dans la construction et l'exploitation de plus de 500 instruments spatiaux pour la défense nationale.

Le bore est connu pour être associé à des sites arides où une grande partie de l'eau s'est évaporée - pensez au borax que les équipes de mulets transportaient autrefois de la Vallée de la Mort. Cependant, les implications environnementales du bore trouvé par Curiosity sont encore sujettes à débat. Les scientifiques envisagent au moins deux possibilités pour la source de bore que les eaux souterraines ont laissé dans les veines : Il se pourrait que l'assèchement d'une partie du lac Gale ait entraîné un dépôt contenant du bore dans une couche sus-jacente, non encore atteint par Curiosity. Une partie du matériau de cette couche pourrait avoir été transportée plus tard par les eaux souterraines dans les fractures des roches. Ou peut-être que des changements dans la chimie des dépôts argileux et des eaux souterraines ont affecté la façon dont le bore a été capté et déposé dans les sédiments locaux.

La découverte du bore n'est que l'une des nombreuses découvertes récentes liées à la composition des roches martiennes. La curiosité gravit une montagne martienne en couches et trouve des preuves de composition rocheuse de la façon dont les anciens lacs et les environnements souterrains humides ont changé, il y a des milliards d'années, d'une manière qui a affecté leur faveur pour la vie microbienne.

Au fur et à mesure que le rover progresse en montée, les compositions tendent vers plus d'argile et plus de bore. Ces variations et d'autres peuvent nous renseigner sur les conditions dans lesquelles les sédiments se sont initialement déposés et sur la façon dont les eaux souterraines se déplaçant plus tard à travers les couches accumulées ont modifié et transporté les ingrédients.

Les eaux souterraines et les produits chimiques qui s'y sont dissous et qui sont apparus plus tard sur Mars ont laissé leurs effets le plus clairement dans les veines minérales qui ont rempli les fissures dans les roches stratifiées plus anciennes. Mais cela a également affecté la composition de cette matrice rocheuse entourant les veines, et le fluide a à son tour été affecté par la roche.

"Il y a tellement de variabilité dans la composition à différentes altitudes, nous avons touché un jackpot", a déclaré John Grotzinger, de Caltech, Pasadena, Californie. Alors que le rover monte encore plus en hauteur, les chercheurs sont impressionnés par la complexité des environnements lacustres lorsque des sédiments argileux se déposaient ainsi que par la complexité des interactions avec les eaux souterraines après l'enfouissement des sédiments.

"Un bassin sédimentaire comme celui-ci est un réacteur chimique", a déclaré Grotzinger. "Les éléments se réarrangent. De nouveaux minéraux se forment et les anciens se dissolvent. Les électrons sont redistribués. Sur Terre, ces réactions soutiennent la vie."

On ignore encore si la vie martienne a jamais existé. Aucune preuve convaincante n'a été trouvée. Lorsque Curiosity a atterri dans le cratère Gale de Mars en 2012, l'objectif principal de la mission était de déterminer si la région offrait un environnement favorable aux microbes.

Quatre sites de forage récents, de "Oudam" en juin dernier à "Sebina" en octobre, sont espacés d'environ 80 pieds (environ 25 mètres) en élévation. Ce modèle en montée permet à l'équipe scientifique d'échantillonner des couches de plus en plus jeunes qui révèlent l'histoire environnementale ancienne du mont Sharp. "Les variations de ces minéraux et éléments indiquent un système dynamique", a déclaré Grotzinger. "Ils interagissent avec les eaux souterraines ainsi que les eaux de surface. L'eau influence la chimie des argiles, mais la composition de l'eau change également. Nous voyons une complexité chimique indiquant une longue histoire interactive avec l'eau. Plus la chimie est compliquée , mieux c'est pour l'habitabilité. Le bore et l'argile soulignent la mobilité des éléments et des électrons, et c'est bon pour la vie."


L'argile martienne contient un produit chimique impliqué dans l'origine de la vie

Des chercheurs de l'Université d'Hawaï à Manoa, l'Institut d'astrobiologie de la NASA (UHNAI) ont découvert de fortes concentrations de bore dans une météorite martienne. Lorsqu'il est présent sous sa forme oxydée (borate), le bore peut avoir joué un rôle clé dans la formation de l'ARN, l'un des éléments constitutifs de la vie. Le travail a été publié le 6 juin dans PLOS One.

image: Coupe mince de la météorite martienne MIL 090030 analysée par les chercheurs de l'UHNAI.

L'équipe de recherche antarctique des météorites a trouvé la météorite martienne utilisée dans cette étude en Antarctique au cours de sa saison de terrain 2009-2010. Les minéraux qu'il contient, ainsi que sa composition chimique, montrent clairement qu'il est d'origine martienne.

À l'aide de la microsonde ionique du laboratoire de cosmochimie W. M. Keck de l'UH, l'équipe a pu analyser les veines d'argile martienne dans la météorite. Après avoir exclu la contamination de la Terre, ils ont déterminé que les abondances de bore dans ces argiles sont plus de dix fois plus élevées que dans n'importe quelle météorite précédemment mesurée.

"Les borates ont peut-être joué un rôle important dans l'origine de la vie sur Terre, car ils peuvent stabiliser le ribose, un composant crucial de l'ARN. Au début de la vie, l'ARN aurait été le précurseur informationnel de l'ADN", a déclaré James Stephenson, un boursier postdoctoral de l'UHNAI.

L'ARN a peut-être été la première molécule à stocker des informations et à les transmettre à la génération suivante, un mécanisme crucial pour l'évolution. Bien que la vie ait maintenant développé un mécanisme sophistiqué pour synthétiser l'ARN, les premières molécules d'ARN doivent avoir été fabriquées sans une telle aide. L'une des étapes les plus difficiles de la fabrication de l'ARN de manière non biologique est la formation du composant sucre de l'ARN, le ribose. Des tests de laboratoire antérieurs ont montré que sans borate, les produits chimiques disponibles sur la Terre primitive ne produisent pas de ribose. Cependant, en présence de borate, le ribose est spontanément produit et stabilisé.

Image au microscope électronique montrant les veines d'argile martienne vieilles de 700 millions d'années contenant du bore (100 um = un dixième de millimètre).

Ce travail est né de l'environnement interdisciplinaire unique de l'UHNAI. Les principaux auteurs de l'article, Stephenson, un biologiste de l'évolution, et Lydia Hallis, une cosmochimiste qui est également boursière postdoctorale à l'UHNAI, ont d'abord eu l'idée autour d'une bière après le travail. "Étant donné que le bore a été impliqué dans l'émergence de la vie, j'avais supposé qu'il était bien caractérisé dans les météorites", a déclaré Stephenson. "En discutant de cela avec le Dr Hallis, j'ai découvert que cela avait à peine été étudié. J'étais choqué et excité. Elle m'a ensuite informé que les échantillons et les machines spécialisées nécessaires pour les analyser étaient disponibles à l'UH."

Sur notre planète, les dépôts de sel, de sédiments et d'argile enrichis en borate sont relativement courants, mais de tels dépôts n'avaient jamais été trouvés auparavant sur un corps extraterrestre. Cette nouvelle recherche suggère qu'au début de la vie sur Terre, le borate aurait également pu être concentré dans des dépôts sur Mars.

L'importance va au-delà d'un intérêt pour la planète rouge, comme l'explique Hallis : « La Terre et Mars avaient beaucoup plus en commun qu'aujourd'hui. Au fil du temps, Mars a perdu une grande partie de son atmosphère et de ses eaux de surface, mais les météorites anciennes préservent argiles délicates des périodes les plus humides de l'histoire de Mars. L'argile martienne que nous avons étudiée aurait jusqu'à 700 millions d'années. Le recyclage de la croûte terrestre via la tectonique des plaques n'a laissé aucune trace d'argiles aussi anciennes sur notre planète. fournissent des informations essentielles concernant les conditions environnementales sur la Terre primitive. »

La présence d'anciennes argiles enrichies en borate sur Mars implique que ces argiles peuvent également avoir été présentes sur la Terre primitive. Les argiles enrichies en borate telles que celle étudiée ici peuvent avoir représenté des paradis chimiques dans lesquels l'un des éléments constitutifs moléculaires clés de la vie pourrait se former.

Contact médias :
Louise Bon
+1 (808) 956-9403, portable : +1 (808) 381-2939
[email protected]

Contact scientifique :
James Stephenson
+1 (808) 990-7166
[email protected]

Référence:
Stephenson, J.D., Hallis, L.J., Nagashima K. et Freeland, S.J. 2013, "Boron Enrichment in Martian Clay", PLoS ONE 8(6) : e64624. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0064624

UHNAI est un centre de recherche qui relie les sciences biologiques, chimiques, géologiques et astronomiques pour mieux comprendre l'origine, l'histoire, la distribution et le rôle de l'eau en ce qui concerne la vie dans l'univers.

Fondé en 1967, l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï à Manoa mène des recherches sur les galaxies, la cosmologie, les étoiles, les planètes et le Soleil. Son corps professoral et son personnel sont également impliqués dans l'enseignement de l'astronomie, les missions dans l'espace lointain, ainsi que dans le développement et la gestion des observatoires sur Haleakala et Mauna Kea.


Le géobiologiste Roger Summons sur la découverte de matière organique sur Mars

Le Curiosity Mars Rover de la NASA prend un autoportrait sur Vera Rubin Ridge. Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS

Le rover Curiosity de la NASA a trouvé des preuves de matière organique complexe préservée dans les couches les plus élevées de la surface martienne, rapportent des scientifiques aujourd'hui dans le journal La science.

Alors que les nouveaux résultats sont loin d'être une confirmation de la vie sur Mars, les scientifiques pensent qu'ils soutiennent les hypothèses antérieures selon lesquelles la planète rouge était autrefois clémente et habitable pour la vie microbienne. Cependant, si une telle vie a jamais existé sur Mars reste la grande inconnue.

Depuis que Curiosity a atterri sur Mars en 2012, le rover explore le cratère Gale, un cratère d'impact massif d'environ la taille du Connecticut et du Rhode Island, à la recherche de preuves géologiques et chimiques des éléments chimiques et d'autres conditions nécessaires au maintien de la vie. Il y a presque exactement un an, la NASA a signalé la découverte de telles preuves sous la forme d'un ancien lac qui aurait été propice à la vie microbienne non seulement pour survivre, mais aussi pour s'épanouir.

Aujourd'hui, les scientifiques ont trouvé des signes de matière organique macromoléculaire complexe dans des échantillons de mudstones vieux de 3 milliards d'années du cratère, des couches de boue et d'argile qui se déposent généralement sur le sol d'anciens lacs. Curiosity a échantillonné du mudstone dans les 5 premiers centimètres des localités de Mojave et de Confidence Hills dans le cratère Gale. L'instrument d'analyse d'échantillons sur Mars (SAM) embarqué du rover a analysé les échantillons en les chauffant ensuite dans un four sous un flux d'hélium. Les gaz libérés des échantillons à des températures supérieures à 500 degrés Celsius ont été transportés par le flux d'hélium directement dans un spectromètre de masse. Sur la base des masses des gaz détectés, les scientifiques ont pu déterminer que la matière organique complexe était constituée de composants aromatiques et aliphatiques, notamment d'espèces soufrées telles que les thiophènes.

MIT News s'est entretenu avec Roger Summons, membre de l'équipe SAM, professeur Schlumberger de géobiologie au MIT et co-auteur de l'article scientifique, sur ce que les découvertes de l'équipe pourraient signifier pour la possibilité de vie sur Mars.

Q : Quelles molécules organiques avez-vous trouvées et comment se comparent-elles à tout ce qui est trouvé ou produit sur Terre ?

R : La nouvelle étude Curiosity est différente des rapports précédents qui identifiaient de petites molécules composées de carbone, d'hydrogène et de chlore. Au lieu de cela, SAM a détecté des fragments de molécules beaucoup plus grosses qui avaient été brisées lors de l'expérience de chauffage à haute température. Ainsi, SAM a détecté de la "matière organique macromoléculaire" autrement connue sous le nom de kérogène. Le kérogène est un nom donné à la matière organique présente dans les roches et dans les météorites carbonées. Il se présente généralement sous forme de petites particules chimiquement complexes sans entités chimiques facilement identifiables. Une analogie que j'utilise est que c'est quelque chose comme trouver un matériau semblable à du charbon en poudre très fine distribué à travers une roche. Sauf qu'il n'y avait pas d'arbres sur Mars, donc ce n'est pas du charbon. Juste comme du charbon.

Le problème de le comparer à quoi que ce soit sur Terre est que Curiosity ne dispose pas des outils hautement sophistiqués que nous avons dans nos laboratoires qui permettraient une évaluation plus approfondie de la structure chimique. Tout ce que nous pouvons dire à partir des données, c'est qu'il existe une matière organique complexe similaire à celle que l'on trouve dans de nombreuses roches d'âge équivalent sur Terre.

Q : Quelles pourraient être les sources possibles de ces molécules organiques, biologiques ou non ?

R : Nous ne pouvons rien dire sur son origine. L'importance de la découverte, cependant, est que les résultats montrent que la matière organique peut être préservée dans les sédiments de la surface de Mars. Auparavant, certains scientifiques avaient déclaré qu'il serait détruit par les processus d'oxydation actifs à la surface de Mars. Il est également important car il valide les plans de retour d'échantillons de Mars vers la Terre pour une étude plus approfondie.

Q : Le rover Curiosity a trouvé la première preuve définitive de matière organique sur Mars en 2014. Maintenant, avec ces nouveaux résultats, qu'est-ce que tout cela dit sur la possibilité qu'il y ait ou qu'il y ait eu de la vie sur Mars ?

R : Oui, auparavant, Curiosity a trouvé de petites molécules organiques contenant du carbone, de l'hydrogène et du chlore. Encore une fois, sans avoir une roche martienne dans un laboratoire sur Terre pour une étude plus détaillée, nous ne pouvons pas dire quels processus ont formé ces molécules et si elles se sont formées sur Mars ou quelque part dans le milieu interstellaire et ont été transportées sous forme de météorites carbonées. Malheureusement, les nouvelles découvertes ne nous permettent pas de dire quoi que ce soit sur la présence ou l'absence de vie sur Mars maintenant ou dans le passé. En revanche, le constat que la matière organique complexe peut y être conservée pendant plus de 3 milliards d'années est un signe très encourageant pour de futures explorations. « Préservation » est le mot clé, ici. Cela signifie qu'un jour, il y aura un potentiel pour une instrumentation plus sophistiquée pour détecter une plus large gamme de composés dans les échantillons de Mars, y compris les sortes de molécules fabriquées par les organismes vivants, tels que les lipides, les acides aminés, les sucres ou même les nucléobases.


4. Discussion

Toutes les détections de bore dans le cratère Gale sont dans des veines. Cependant, le manque de détections dans les cibles du substratum rocheux est très probablement une conséquence d'un biais d'observation : étant donné que les raies d'émission Fe et B interfèrent les unes avec les autres dans les spectres LIBS, la détection du bore est limitée aux cibles avec ≤10 % en poids de FeO.T, qui représente Fe inhabituellement bas pour le substratum rocheux Gale. Néanmoins, le contexte géologique de la veine indique une mise en place du bore par l'eau. Le bore est très facilement oxydé le bore est toujours un borate dans des conditions où l'eau est stable et dans les conditions passées et présentes de fugacité de l'oxygène à la surface de Mars, ce qui implique que le bore était un borate lorsqu'il a été mis en place et reste un borate à l'heure actuelle.Ingri, 1963 Schubert, 2015 ]. Nous suggérons que le bore a été au moins en partie mis en place par une eau souterraine à un stade avancé et a probablement été redistribué à partir d'une source primaire [cf. Schwenzer et al., 2016 ]. Bien que la teneur en fer des cibles typiques du substratum rocheux sur Mars empêche une mesure fiable du bore, du bore peut en effet être présent dans ces matériaux.

4.1 Modèles d'enrichissement en bore dans les veines

Il existe plusieurs mécanismes possibles d'enrichissement en bore dans les veines, et chacun a des implications intrigantes pour Mars. Les deux modèles considérés suggèrent que le bore (a) s'est altéré de la croûte ignée primaire dans le bassin versant du cratère Gale [Ehlmann et Buz, 2015 ], (b) a été dissous dans l'eau du lac et (c) a été dissous dans le système d'eau souterraine à un stade avancé. Cependant, les différents mécanismes possibles de la concentration initiale de bore dans les eaux lacustres ont des conséquences importantes sur le pH du fluide et la minéralogie du borate qui en résulte, car les précipités possibles de minéraux de borate dépendent de la température, du pH et de la composition du fluide.Hunt et al., 1966 Garret, 1998 Schubert, 2015 ].

La température des fluides de mise en place des veines peut être limitée à l'aide d'un certain nombre d'observations. Premièrement, les veines de sulfate de calcium de Gale sont principalement composées de bassanite (CaSO4·H2O) [Rapin et al., 2016 ], qui se forme probablement à partir de la déshydratation du gypse due à des conditions hyperarides. Cette interprétation est cohérente avec les résultats minéralogiques de CheMin [Vaniman et al., 2017 ]. La présence de gypse indique que la nappe phréatique était à <60°C [Rapin et al., 2016 ]. D'autres études de veines de sulfate et de phyllosilicates dans le cratère suggèrent une limite supérieure de

50°C [Vaniman et al., 2014 Schwenzer et al., 2016 Nachon et al., 2014 , 2017 ]. Ainsi, la majorité des eaux souterraines de Gale étaient probablement à basse température.

Le pH du fluide est le principal moteur de l'interaction borate-roche, mais le pH des eaux souterraines de Gale n'est pas bien limité. Alors que la plupart des preuves suggèrent que Gale était l'hôte d'eaux souterraines neutres à alcalines [par exemple, Frydenvang et al., 2017 Hurowitz et al., 2017 ], certaines observations suggèrent que les eaux souterraines acides (pH <6) pourraient avoir interagi avec le substrat rocheux [Yen et al., 2017 Hausrath et al., 2017 Rampe et al., 2017b ]. Les espèces de borate forment des solutions alcalines avec l'eau, fournissant plus de preuves que les eaux souterraines martiennes étaient alcalines. Bien que nous n'ayons aucune contrainte sur la concentration des autres ions en solution qui affectent le pH des eaux souterraines, lorsqu'il est en solution avec de l'eau pure, le borate agit comme un tampon avec le pH

100 ppm de bore en solution auront tendance à rendre le fluide alcalin, empêchant les changements de pH en dehors de pH 8-10. Des concentrations plus élevées de borate dissous augmentent l'efficacité du tampon. À pH élevé, les borates peuvent être adsorbés en phyllosilicates 2:1 et la concentration de borates dans les argiles a été utilisée comme indicateur de la paléosalinité terrestre.Fredrickson et Reynolds, 1960 Lerman, 1966 Plus fort, 1970 Poiré, 1972 ]. L'anion borate est adsorbé par des sites chargés positivement à la surface des phyllosilicates 2:1 qui se forment dans les fluides alcalins. Le pH optimal pour l'absorption des borates par les argiles dépend du type d'argile et du pH du fluide, avec une gamme de pH pour les argiles terrestres de

8.5–10 [Canapé et sinistre, 1968 Keren et Mezuman, 1981 Keren et O'Conner, 1982 Karahan et al., 2006 ] à basse température <120 °C [Vous et al., 1996 ]. De plus, les borates peuvent s'adsorber sur les matériaux amorphes des sols dans des conditions de pH similaires à celles des argiles, en fonction de l'oxyde [Goldberg, 1997 ]. Bien que le degré d'adsorption du borate sur les phyllosilicates 2:1 riches en Fe et en Mg et sa relation avec le pH ne soient pas bien limités pour les conditions martiennes, les études sur l'absorption commune de B dans le sol terrestre [Goldberg, 1997 ] peut être utilisé pour estimer que

100 à 1000 ppm de B pourraient être adsorbés par les argiles et les matériaux amorphes dans des conditions favorables.

Compte tenu de ces contraintes, nous considérons deux modèles pour expliquer le bore observé dans les veines. Le premier modèle implique l'adsorption initiale du bore par les phyllosilicates et les matériaux amorphes lors de leur dépôt dans le lac, suivie d'une interaction ultérieure des eaux souterraines avec le substrat rocheux pour extraire le bore avant qu'il ne soit coprécipité avec les sulfates de calcium dans les veines. Le deuxième modèle implique l'enrichissement initial du bore dans des couches d'évaporites de sulfate, de borate et de sels de chlorure stratigraphiquement plus élevés dans le mont. Sharp, suivi d'une dissolution ultérieure des évaporites dans les eaux souterraines, d'un transport vers les couches sous-jacentes et d'une coprécipitation des sels dans les fractures.

Dans le premier modèle, les borates dissous dans l'eau du lac Gale se sont adsorbés sur les phyllosilicates et les matériaux amorphes au fur et à mesure que le substrat rocheux lacustre se déposait. Plus tard, les ions borate peuvent avoir été mobilisés par les eaux souterraines et remis en place dans les veines. Ce modèle est soutenu par l'observation que les unités lacustres de Murray et de Yellowknife Bay qui abritent la plus grande abondance de veines boréales sont riches en phyllosilicates 2:1 et en phases amorphes [Rampe et al., 2017a Bristow et al., 2017 ]. Par conséquent, les interactions post-lithification des eaux souterraines avec ces gisements riches en argile amorphe pourraient conduire à la désorption du bore du substratum rocheux, puis à sa précipitation dans les veines. Les eaux souterraines à faible pH ou avec des constituants qui ont une affinité plus forte que les borates pour l'argile ou les matériaux amorphes pourraient libérer des borates en solution et conduire à des enrichissements en borates dans les matériaux de remplissage des fractures. Les fluides interstitiels de la baie de Yellowknife peuvent avoir atteint le pH

12 [Ponts et al., 2015 ], ce qui pourrait libérer du bore ou inhiber l'adsorption du bore sur l'argile et les matériaux amorphes. Si le borate est adsorbé par le substrat rocheux dans de l'eau avec un pH de 9, alors des fluides de pH 6–7 seraient suffisants pour libérer la majorité des anions borate piégés dans le substrat rocheux.

Bien que l'adsorption du bore sur les argiles et les matériaux amorphes soit plausible, de nombreuses observations suggèrent que ce premier modèle est peu probable en raison des plages de pH probables des fluides qui étaient présentes dans le lac Gale. Les eaux du lac avaient un pH presque neutre à alcalin [Vaniman et al., 2014 Hurowitz et al., 2017 ] une adsorption optimale du bore sur les argiles et les matériaux amorphes se produit à des alcalinités plus élevées (pH 8,5-10), et l'adsorption du bore sur ces matériaux à un pH de 6-7 n'est pas favorisée. La concentration de borate dans le lac était probablement faible pendant le dépôt de mudstone argileux et amorphe, car il n'est présent qu'en concentrations extrêmement faibles dans la croûte (tableau 1). Ainsi, la concentration de bore nécessite à la fois une altération extensive dans la région du bassin versant de Gale et une concentration ultérieure par évaporation de l'eau, par exemple dans un bassin de drainage fermé. Dans un lac profond à pH quasi neutre [Hurowitz et al., 2017 ], les conditions n'auraient pas été propices à l'adsorption du borate sur l'argile ou les matériaux amorphes.

Dans le deuxième modèle, les borates précédemment déposés dans les dépôts de couche d'évaporite ont été remobilisés par une période humide subséquente ou la circulation des fluides du bassin après l'enfouissement. Cette eau souterraine contenant du bore pourrait alors avoir précipité des borates dans les veines d'évaporites des strates inférieures. Ce scénario est étayé par le fait que les borates sont très solubles dans l'eau et que, dans les environnements très arides de la Terre, ils se trouvent généralement dans les évaporites.

Bien qu'une source principale d'évaporation contenant du bore n'ait pas encore été découverte, des études de télédétection suggèrent que les couches de sulfate/phyllosilicate au-dessus de l'emplacement actuel du rover dans la formation Murray pourraient représenter la couche évaporitique source [Milliken et al., 2010 Baldridge et al., 2009 Grotzinger et al., 2015 Fraeman et al., 2016 ]. Au cours de la transition vers un climat martien plus sec, le bassin du cratère Gale aurait pu être analogue aux lacs playa salins de l'Australie occidentale, où les eaux souterraines acides et alcalines interagissent, conduisant au dépôt coetane d'argiles et de sulfates.Baldridge et al., 2009 ]. Alternativement, Gale aurait pu abriter un système lacustre pérenne comme ceux de la Vallée de la Mort en Californie, où des couches de borates et d'autres évaporites s'accumulent entre les dépôts de mudstone après plusieurs cycles humides-secs [Eugster et Hardie, 1978 Lowenstein et al., 1999 Tanneur, 2002 ]. L'interaction ultérieure des eaux souterraines avec ces couches d'évaporites pourrait dissoudre une partie ou la totalité des sels, les transportant dans les couches sous-jacentes de mudstone à travers des fractures [Schwenzer et al., 2016 ]. Cette hypothèse est étayée par l'observation de possibles caractéristiques de dessiccation dans l'Upper Murray [Stein et al., 2017 ]. Plus largement, des gisements d'évaporites ont été détectés à distance sur Mars dans l'ensemble des Hautes Terres du Sud [Osterloo et al., 2008 Hynek et al., 2015 Ehlmann et Buz, 2015 ] et les phases évaporites comprenant la halite sont courantes dans les météorites martiennes nakhlite [Gooding et al., 1991 Ponts et Grady, 2000 Hicks et al., 2014 ]. Du bore a récemment été observé dans la météorite martienne Nakhla en association avec de la halite et du matériel carboné [Thomas-Keptra et al., 2015 ]. ChemCam a observé du chlore et une teneur élevée en sodium qui peuvent être interprétés comme de possibles halite ou perchlorate de sodium dans le même voisinage que des cibles filoniennes contenant du bore [Thomas et al., 2017 ]. Ce modèle peut être testé en recherchant des dépôts d'évaporation alors que le rover continue sa traversée du mont. Stratigraphie nette.

Sur la base des preuves chimiques et stratigraphiques présentées ci-dessus, nous trouvons le deuxième scénario le plus plausible des deux modèles pour la mise en place de B dans les filons (Figure 3). Le dépôt initial de B dans les évaporites a nécessité l'assèchement du lac, l'abaissement de la nappe phréatique, la remobilisation des éléments solubles (principalement Ca, Mg et Na) et leur précipitation dans les filons d'évaporites plus bas dans la stratigraphie (Figure 3). Les eaux profondes du lac ont empêché l'adsorption du borate sur les phyllosilicates ou les matériaux amorphes (figure 3a), entraînant ainsi la formation d'évaporites contenant du bore lorsque le lac Gale s'est asséché (figure 3b). Gale est alors devenu un bassin de drainage principalement fermé, formant un système lacustre pérenne suivant les modèles terrestres, des couches de mudstone et d'évaporites alterneraient dans le substrat rocheux (Figure 3c) [Eugster et Hardie, 1978 ]. À ce stade de lac pérenne, le lac peu profond aurait des concentrations de borate plus élevées et les borates pourraient alors être adsorbés par l'argile du lit du lac et les matériaux amorphes. Plus tard, Gale a subi plusieurs épisodes d'enterrement et d'exhumation éoliens [Grotzinger et al., 2015 Banham et al., 2017 Frydenvang et al., 2017 ] et la surpression d'enfouissement ainsi que l'intrusion d'eau souterraine ont provoqué la formation de fractures dans le substratum rocheux [Watkins et al., 2017 ]. Les événements d'eau souterraine ont ensuite dissous certains des gisements d'évaporites (figure 3d), et les minéraux d'évaporites observés (sulfates de Ca) ont ensuite été coprécipités avec des borates dans des veines à travers les couches stratigraphiques inférieures. L'eau souterraine était enrichie en borate à partir de la dissolution des évaporites, ce qui implique que l'eau était alcaline, et le borate serait adsorbé à l'argile de la roche hôte et aux composants amorphes alors que l'eau souterraine riche en bore circulait à travers les couches stratigraphiques inférieures. L'unité Murray a ensuite connu une érosion et une exhumation avant le dépôt du grès éolien de Stimson sus-jacent, qui lui-même s'est lithifié et fracturé.Grotzinger et al., 2015 Frydenvang et al., 2017 Banham et al., 2017 Watkins et al., 2017 ]. Les fractures de Stimson se sont alors également remplies de sulfate de calcium et de borate (figure 3e). Le système d'eau souterraine s'est probablement fermé quelque temps après le dépôt de sulfate dans les fractures (figure 3e) mais avant l'érosion des sédiments de Gale à sa surface actuelle (figure 3f).

ChemCam ne peut pas mesurer directement la minéralogie, mais les minéralogies possibles des matériaux contenant du borate dans les veines peuvent être déduites pour un fluide alcalin riche en Ca, 0-60°C (pour les autres conditions, voir les informations complémentaires). L'anion borate peut remplacer de manière isomorphe le sulfate dans les minéraux Ca-sulfate dans les veines pendant l'enfouissement [par exemple, Orti et Alonso, 2000 ], ou les borates sont présents en tant que leur propre phase qui coprécipite avec les sulfates de Ca car les conditions de champ de stabilité des borates de Ca et du sulfate de Ca se chevauchent significativementCrowley, 1996 ].

4.2 Implications pour l'astrobiologie

La présence de bore sur Mars ouvre de nouvelles possibilités d'habitabilité en raison du rôle important que le borate a pu jouer dans la chimie prébiotique sur la Terre primitive.Scorei, 2012 ]. Les borates stabilisent le ribose, le sucre simple qui forme l'épine dorsale de l'ARN avec le phosphate [Ricardo et al., 2004 Furukawa et al., 2013 ]. Sans borates, le ribose se décompose rapidement dans l'eau [Larralde et al., 1995 ]. Les borates peuvent donc avoir été un pont nécessaire entre les molécules organiques produites de manière abiotique et la protovie à base d'ARN sur Terre [Scorei, 2012 ]. Bien que d'autres méthodes soient proposées pour produire de l'ARN [Ruiz-Mirazo et al., 2014 ], ce travail montre néanmoins que le borate est disponible dans un cadre planétaire ancien. Sur Mars, nous avons montré que le borate était présent dans un système hydrologique à longue durée de vie, suggérant que d'importantes réactions chimiques prébiotiques auraient pu vraisemblablement se produire dans les eaux souterraines, si des matières organiques étaient également disponibles. Ainsi, la découverte de bore dans le cratère Gale soulève des questions intrigantes quant à savoir si la vie aurait pu apparaître sur Mars.

Le moment de la concentration initiale de borates dans les sédiments fournit des limites clés pour le moment où la vie aurait pu se former sur Mars. On ne sait pas si des minéraux d'évaporite de borate étaient présents sur la Terre archéenne [Grew et al., 2011 ], mais les évaporites de borate de Gale sont beaucoup plus anciennes que l'âge présumé le plus ancien des évaporites sur Terre [Grew et al., 2011 ]. De plus, il existe des preuves d'anciennes roches ignées évoluées des hautes terres du sud dans le bassin versant du lac Gale [par exemple, Cousin et al., 2017 ], qui sont des roches précurseurs nécessaires à l'enrichissement en bore [Grew et al., 2011 ]. Hence, the presence of boron enrichments in Gale suggests that boron-concentrating processes can occur early in a terrestrial planet's history. If the primary deposition of borate was in evaporite layers, such as those that form in perennial lakes, borates would be both highly concentrated and in close proximity to clays and any organics, if present. Such wet and dry cycles occurring in perennial lakes are considered ideal for promoting prebiotic reactions on Earth [Lahav and Chang, 1976 , 1982 ]. Additionally, evidence for boron in veins in the younger Stimson sandstone suggests that the groundwater system in Gale crater was late-stage [Frydenvang et al., 2017 ]. And although the source of groundwater in Gale crater is as of yet unknown, it is clear that Gale has undergone multiple episodes of groundwater over its history with changes to its chemistry, pH, and Eh over time [Schwenzer et al., 2016 L'Haridon et al., 2017 Lanza et al., 2016 Frydenvang et al., 2017 Yen et al., 2017 Nachon et al., 2017 ]. This complex and changing groundwater system was not only habitable, providing geochemical and energy gradients needed to support life, but it would also have promoted prebiotic chemical reactions between borates and any organics present. If borate-organic molecules are directly observed in Gale, the early hydrologic system on Mars may shed light on how life arose on Earth while also opening up new possibilities for life on Mars. The discovery of boron on Mars makes the search for borates a high priority for Curiosité and future missions to Mars.


Martian clay contains chemical implicated in the origin of life, astrobiologists find

Researchers from the University of Hawaii at Manoa NASA Astrobiology Institute (UHNAI) have discovered high concentrations of boron in a Martian meteorite. When present in its oxidized form (borate), boron may have played a key role in the formation of RNA, one of the building blocks for life.

The work was published on June 6 in PLOS UN.

The Antarctic Search for Meteorites team found the Martian meteorite used in this study in Antarctica during its 2009-2010 field season. The minerals it contains, as well as its chemical composition, clearly show that it is of Martian origin.

Using the ion microprobe in the W. M. Keck Cosmochemistry Laboratory at UH, the team was able to analyze veins of Martian clay in the meteorite. After ruling out contamination from Earth, they determined boron abundances in these clays are over ten times higher than in any previously measured meteorite.

"Borates may have been important for the origin of life on Earth because they can stabilize ribose, a crucial component of RNA. In early life RNA is thought to have been the informational precursor to DNA," said James Stephenson, a UHNAI postdoctoral fellow.

RNA may have been the first molecule to store information and pass it on to the next generation, a mechanism crucial for evolution. Although life has now evolved a sophisticated mechanism to synthesize RNA, the first RNA molecules must have been made without such help. One of the most difficult steps in making RNA nonbiologically is the formation of the RNA sugar component, ribose. Previous laboratory tests have shown that without borate the chemicals available on the early Earth fail to build ribose. However, in the presence of borate, ribose is spontaneously produced and stabilized.

This work was born from the uniquely interdisciplinary environment of UHNAI. The lead authors on the paper, Stephenson, an evolutionary biologist, and Lydia Hallis, a cosmochemist who is also a UHNAI postdoctoral fellow, first came up with the idea over an after-work beer. "Given that boron has been implicated in the emergence of life, I had assumed that it was well characterized in meteorites," said Stephenson. "Discussing this with Dr. Hallis, I found out that it was barely studied. I was shocked and excited. She then informed me that both the samples and the specialized machinery needed to analyze them were available at UH."

On our planet, borate-enriched salt, sediment and clay deposits are relatively common, but such deposits had never previously been found on an extraterrestrial body. This new research suggests that when life was getting started on Earth, borate could also have been concentrated in deposits on Mars.

The significance goes beyond an interest in the red planet, as Hallis explains: "Earth and Mars used to have much more in common than they do today. Over time, Mars has lost a lot of its atmosphere and surface water, but ancient meteorites preserve delicate clays from wetter periods in Mars' history. The Martian clay we studied is thought to be up to 700 million years old. The recycling of the Earth's crust via plate tectonics has left no evidence of clays this old on our planet hence Martian clays could provide essential information regarding environmental conditions on the early Earth."

The presence of ancient borate-enriched clays on Mars implies that these clays may also have been present on the early Earth. Borate-enriched clays such as the ones studied here may have represented chemical havens in which one of life's key molecular building blocks could form.

UHNAI is a research center that links the biological, chemical, geological, and astronomical sciences to better understand the origin, history, distribution, and role of water as it relates to life in the universe.


Discovery of boron on Mars adds to evidence for habitability

A selfie of the NASA Curiosity rover at the Murray Buttes in Gale Crater, Mars, a location where boron was found in light-toned calcium sulfate veins. Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

The discovery of boron on Mars gives scientists more clues about whether life could have ever existed on the planet, according to a paper published today in the journal Geophysical Research Letters.

"Because borates may play an important role in making RNA—one of the building blocks of life—finding boron on Mars further opens the possibility that life could have once arisen on the planet," said Patrick Gasda, a postdoctoral researcher at Los Alamos National Laboratory and lead author on the paper. "Borates are one possible bridge from simple organic molecules to RNA. Without RNA, you have no life. The presence of boron tells us that, if organics were present on Mars, these chemical reactions could have occurred."

RNA (ribonucleic acid) is a nucleic acid present in all modern life, but scientists have long hypothesized an "RNA World," where the first proto-life was made of individual RNA strands that both contained genetic information and could copy itself. A key ingredient of RNA is a sugar called ribose. But sugars are notoriously unstable they decompose quickly in water. The ribose would need another element there to stabilize it. That's where boron comes in. When boron is dissolved in water—becoming borate—it will react with the ribose and stabilize it for long enough to make RNA. "We detected borates in a crater on Mars that's 3.8 billion years old, younger than the likely formation of life on Earth," said Gasda. "Essentially, this tells us that the conditions from which life could have potentially grown may have existed on ancient Mars, independent from Earth."

The boron found on Mars was discovered in calcium sulfate mineral veins, meaning the boron was present in Mars groundwater, and provides another indication that some of the groundwater in Gale Cater was habitable, ranging between 0-60 degrees Celsius (32-140 degrees Fahrenheit) and with neutral-to-alkaline pH.

The boron was identified by the rover's laser-shooting ChemCam (Chemistry and Camera) instrument, which was developed at Los Alamos National Laboratory in conjunction with the French space agency. Los Alamos' work on discovery-driven instruments like ChemCam stems from the Laboratory's experience building and operating more than 500 spacecraft instruments for national defense.

The discovery of boron is only one of several recent findings related to the composition of Martian rocks. Curiosity is climbing a layered Martian mountain and finding chemical evidence of how ancient lakes and wet underground environments changed, billions of years ago, in ways that affected their potential favorability for microbial life.

As the rover has progressed uphill, compositions trend toward more clay and more boron. These and other chemical variations can tell us about conditions under which sediments were initially deposited and about how later groundwater moving through the accumulated layers altered and transported dissolved elements, including boron.

Whether Martian life has ever existed is still unknown. No compelling evidence for it has been found. When Curiosity landed in Mars' Gale Crater in 2012 the mission's main goal was to determine whether the area ever offered a habitable environment, which has since been confirmed. The Mars 2020 rover will be equipped with an instrument called "SuperCam," developed by Los Alamos and an instrument called SHERLOC, which was developed by the Jet Propulsion Laboratory with significant participation by Los Alamos. Both of these will search for signs of past life on the planet.


Mars Curiosity rover's surprising finds from the Red Planet through the years

The Mars Curiosity rover’s discoveries through the years.

From evidence of a stream to key ingredients for life, NASA's car-sized Curiosity rover has made some interesting finds since it landed on Mars back in August 2012.

Photos fed back from the Red Planet have captivated Earth for years — and on June 7, officialls announced its latest discovery.

NASA’s Planetary Science Division said it would soon release "new science results," leading many eager space fans to question whether the rover has found new evidence of life on Mars.

Scientists later confirmed that they did not discover life on Mars, but did find organic molecules that could provide vital clues in their search.

“Organic compounds are fundamental to our search for life,” Paul Mahaffy, director of Solar System Exploration Division at Goddard, said.

In May, the Curiosity rover collected its first drilled sample from the planet in more than a year.

"The team used tremendous ingenuity to devise a new drilling technique and implement it on another planet," Curiosity Deputy Project Manager Steve Lee said in an online statement at the time. "Those are two vital inches of innovation from 60 million miles away. We're thrilled that the result was so successful."

The rover is able to snap images as well as analyze various rock and soil samples taken from the Red Planet. Here's what the device has discovered thus far.

Ancient stream bed

NASA's Curiosity rover found evidence of an ancient streambed in September 2012. (NASA)

A stream once ran across the Red Planet, the Curosity discovered in September 2012. Scientists had previously found examples that suggested there was once water on the planet, but NASA said this evidence of a stream bed was the "first of its kind."

Curiosity picked up rocks that were made up of ancient stream bed gravel, proving water used to flow where the rover was driving — between the Gale Crater and a mountain inside the crater called Mount Sharp.

"From the size of gravels it carried, we can interpret the water was moving about 3 feet per second, with a depth somewhere between ankle and hip deep," Curiosity science co-investigator William Dietrich of the University of California, Berkeley, said in a blog post on NASA's website. "Plenty of papers have been written about channels on Mars with many different hypotheses about the flows in them. This is the first time we're actually seeing water-transported gravel on Mars. This is a transition from speculation about the size of streambed material to direct observation of it."

Methane

In 2014 the rover measured a tenfold spike in methane, an organic chemical, in the atmosphere around it. (NASA)

In 2014, the rover measured a "tenfold spike in methane," a chemical compound, in Mars' atmosphere.

"This temporary increase in methane -- sharply up and then back down -- tells us there must be some relatively localized source," Sushil Atreya of the University of Michigan, Ann Arbor, and member of the Curiosity rover science team, said in an online statement about the discovery. "There are many possible sources, biological or non-biological, such as interaction of water and rock."


Title: In Situ Detection of Boron by ChemCam on Mars

Here, we report the first in situ detection of boron on Mars. Boron has been detected in Gale crater at levels <0.05 wt % B by the NASA Curiosity rover ChemCam instrument in calcium-sulfate-filled fractures, which formed in a late-stage groundwater circulating mainly in phyllosilicate-rich bedrock interpreted as lacustrine in origin. We also consider two main groundwater-driven hypotheses to explain the presence of boron in the veins: leaching of borates out of bedrock or the redistribution of borate by dissolution of borate-bearing evaporite deposits. Our results suggest that an evaporation mechanism is most likely, implying that Gale groundwaters were mildly alkaline. On Earth, boron may be a necessary component for the origin of life on Mars, its presence suggests that subsurface groundwater conditions could have supported prebiotic chemical reactions if organics were also present and provides additional support for the past habitability of Gale crater.