When NASA’s Perseverance rover reached the inner edge of Mars’ Jezero Crater in September 2023, mission scientists were surprised by what they found. Called the “Margin Unit,” the geologic area stretches along the shoreline of an ancient Martian lake, so they expected sedimentary rocks, which would have formed as layers of sand piled on top of each other over millennia. Composed of clay and silt, sedimentary rocks on Earth are good at preserving past microbial life. The scientists were especially intrigued by strong signals of carbonate minerals detected by Mars orbiters. On Earth, carbonates frequently form in shallow ocean and lake environments capable of supporting life.

Instead, the rover team found igneous rock, which can form deep underground from magma or from volcanic activity at the surface. Igneous rocks are excellent record-keepers, particularly because mineral crystals within them preserve details about the precise moment they formed. In this case, they preserved an astonishingly complex record of water activity on early Mars. In fact, these rocks showed signs of having interacted with water on at least three separate occasions, with each encounter further altering their chemistry and appearance. The findings were published Monday in the journal Communications Earth & Environment.

The instrument behind the findings is SuperCam, which perches on the rover’s mast and determines the mineralogy of geologic features based on the light they reflect. When the science team spots an intriguing rock, they can send commands for SuperCam to fire its laser up to 21 feet (6.5 meters) away. The spectrum of the resulting plasma reveals the target’s chemistry. Perseverance has analyzed more than 185 bedrock targets across the unit this way.

“Before we arrived at the Margin Unit, the main hypothesis — derived from orbital observations — was that the carbonate seen from orbit formed from interaction with the lake that existed in Jezero Crater,” said Candice Bedford, a research scientist at Purdue University in West Lafayette, Indiana, and the study’s lead author. “But now we know that this location became a sort of crossroads for aqueous systems. The Margin Unit findings are important because Jezero Crater sits inside one of the largest exposures of carbonate on Mars, so what we learn here reaches well beyond this crater.”

Slow-cooling underground

Perseverance explored the Margin Unit across approximately 870 feet (265 meters) of elevation. At higher elevations, it found rock that was coarse-grained and crystalline — hallmarks of the mineral olivine — with almost no sign that water had ever touched it. Made of magnesium and iron, the area’s olivine unit formed in a body of magma deep underground, cooling slowly enough for its grains to grow large, and reached the surface only after the ground above it eroded away. Lower in the unit, on the lakebed, the rock looks transformed, as the olivine grains were fractured with silica between them.

Carbonate and silica minerals are an important signpost in the search for ancient life. When water interacts with olivine on Earth, the reaction can release hydrogen, which can be a food source for some microbes, and it leaves behind carbonate and silica, two minerals that lock in traces of the past existence of those microbes.

Multiple episodes

The Perseverance team can determine the sequence of the Margin Unit’s interactions with water, but not their age. On the first occasion water reached the rocks of the Margin Unit, carbon-dioxide-rich groundwater reacted with olivine, resulting in ridges of carbonate that run through the fractures in bedrock at low elevations. Today, these carbonate-filled fractures are left standing as the softer rock around them wears away.

The second time water reached the rocks may have been related to the lake that once existed in the crater.

Quelle: NASA

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NASA-Entdeckung enthüllt komplexe Wassersysteme auf dem frühen Mars

Eine neue Studie enthüllt, dass die rätselhafte „Margin Unit“ (Randzone) im Jezero-Krater durch eine komplexe Abfolge aus urzeitlichen Seen, Grundwassersystemen und hydrothermalen Fluiden geformt wurde.
Als der NASA-Rover Perseverance im September 2023 den inneren Rand des Jezero-Kraters auf dem Mars erreichte, waren die Wissenschaftler der Mission von ihrer Entdeckung überrascht. Das als „Margin Unit“ bezeichnete geologische Gebiet erstreckt sich entlang des Ufers eines einstigen Mars-Sees; daher hatten die Forscher mit Sedimentgestein gerechnet – Gestein, das durch über Jahrtausende hinweg übereinander abgelagerte Sandschichten entsteht. Auf der Erde eignen sich Sedimentgesteine ​​aus Ton und Schluff hervorragend zur Konservierung von Spuren früheren mikrobiellen Lebens. Besonders fasziniert waren die Wissenschaftler von starken Signalen, die auf Karbonatminerale hindeuteten und zuvor von Mars-Orbitern registriert worden waren. Auf der Erde bilden sich Karbonate häufig in flachen Meeres- oder Seegebieten, die Lebensbedingungen bieten können.

Stattdessen stieß das Rover-Team auf magmatisches Gestein; dieses kann tief unter der Erde aus Magma oder an der Oberfläche durch vulkanische Aktivität entstehen. Magmatische Gesteine ​​sind ausgezeichnete Zeugen der Vergangenheit, da die in ihnen enthaltenen Mineralkristalle Details über den genauen Zeitpunkt ihrer Entstehung bewahren. In diesem Fall konservierten sie ein erstaunlich komplexes Protokoll der Wasseraktivität auf dem frühen Mars. Tatsächlich wiesen diese Gesteine ​​Spuren von Wechselwirkungen mit Wasser auf, die zu mindestens drei verschiedenen Zeitpunkten stattgefunden hatten – wobei jeder dieser Prozesse ihre chemische Zusammensetzung und ihr Erscheinungsbild weiter veränderte. Die Ergebnisse wurden am Montag in der Fachzeitschrift *Communications Earth & Environment* veröffentlicht.

Das Instrument, das diese Erkenntnisse ermöglichte, ist die SuperCam. Sie ist am Mast des Rovers montiert und bestimmt die mineralogische Zusammensetzung geologischer Strukturen anhand des von ihnen reflektierten Lichts. Wenn das wissenschaftliche Team auf ein interessantes Gestein stößt, kann es der SuperCam den Befehl geben, ihren Laser auf das Objekt zu richten – und das aus einer Entfernung von bis zu 6,5 Metern. Das Spektrum des dabei entstehenden Plasmas gibt Aufschluss über die chemische Zusammensetzung des Ziels. Auf diese Weise hat Perseverance bereits mehr als 185 Gesteinsziele innerhalb dieser Zone analysiert.

„Bevor wir die ‚Margin Unit‘ erreichten, lautete die auf Basis von Beobachtungen aus dem Orbit aufgestellte Haupthypothese, dass die dort sichtbaren Karbonate durch die Wechselwirkung mit dem See entstanden waren, der einst den Jezero-Krater füllte“, erklärte Candice Bedford, Wissenschaftlerin an der Purdue University in West Lafayette, Indiana, und Hauptautorin der Studie. „Doch heute wissen wir, dass dieser Ort eine Art Knotenpunkt für wässrige Systeme darstellte. Die Erkenntnisse zur sogenannten ‚Margin Unit‘ (Randzone) sind von großer Bedeutung, da der Jezero-Krater inmitten eines der größten Karbonatvorkommen auf dem Mars liegt; was wir hier lernen, hat also eine weit über den Krater hinausreichende Relevanz.“

Langsames Abkühlen im Untergrund
Perseverance untersuchte die Margin Unit über einen Höhenunterschied von rund 265 Metern (870 Fuß) hinweg. In größeren Höhen stieß die Sonde auf grobkörniges, kristallines Gestein – typisch für das Mineral Olivin –, das kaum Anzeichen einer Wassereinwirkung aufwies. Die aus Magnesium und Eisen bestehende Olivin-Formation der Region entstand in einer Magmablase tief im Untergrund; sie kühlte so langsam ab, dass sich große Mineralkörner bilden konnten, und gelangte erst an die Oberfläche, nachdem das darüberliegende Gestein abgetragen worden war. In den tiefer gelegenen Bereichen der Formation, also auf dem ehemaligen Seeboden, wirkt das Gestein verändert: Die Olivinkörner sind zerbrochen, und in den Zwischenräumen findet sich Siliziumdioxid (Kieselsäure).

Karbonate und Siliziumdioxid-Minerale sind wichtige Wegweiser bei der Suche nach Spuren von Leben in der Frühzeit des Planeten. Wenn auf der Erde Wasser mit Olivin reagiert, kann dabei Wasserstoff freigesetzt werden – eine potenzielle Nahrungsquelle für bestimmte Mikroben. Zudem entstehen Karbonate und Siliziumdioxid; diese Minerale können Spuren konservieren, die auf die einstige Existenz solcher Mikroben hindeuten.

Mehrere Phasen
Das Team der Mission Perseverance kann zwar die zeitliche Abfolge der Wassereinwirkungen auf die Margin Unit bestimmen, nicht jedoch deren genaues Alter. Als Wasser erstmals mit dem Gestein der Margin Unit in Berührung kam, reagierte kohlendioxidreiches Grundwasser mit dem Olivin. Dabei bildeten sich Karbonat-Adern, die in den tieferen Lagen durch Risse im Grundgestein verlaufen. Heute treten diese mit Karbonat gefüllten Risse als erhabene Strukturen hervor, da das weichere umgebende Gestein im Laufe der Zeit abgetragen wurde.

Der zweite Kontakt des Gesteins mit Wasser könnte mit dem See zusammenhängen, der einst den Krater füllte.

Quelle: NASA