Cientistas podem ter encontrado um novo mineral em Marte

Cada mineral tem sua própria estrutura cristalina e propriedades físicas. Exemplos conhecidos incluem gesso e hematita. Cientistas analisam dados de espaçonaves em órbita para identificar minerais na superfície marciana e reconstruir as condições ambientais que os produziram. Há quase duas décadas, pesquisadores têm se perguntado sobre sulfatos de ferro em camadas em Marte que mostram sinais espectrais incomuns. Uma nova investigação liderada pela Dra. Janice Bishop, cientista de pesquisa sênior no Instituto SETI e no Centro de Pesquisa Ames da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia, identificou e caracterizou uma fase incomum de hidroxissulfato férrico. A equipe combinou experimentos de laboratório com observações orbitais de Marte para entender melhor esses materiais. Seus resultados fornecem novas pistas sobre os papéis do calor, da água e das reações químicas na formação da paisagem marciana.

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

Sítios de Estudo Próximos a Valles Marineris

A pesquisa focou 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 água antiga uma vez flui para terrenos mais baixos ao norte. O segundo local encontra-se no plateau acima de Juventae Chasma, um cânion com 5 km de profundidade localizado logo ao norte de Valles Marineris.

Plateau de Juventae (acima de Juventae Chasma)

Esta região próxima às falésias de Valles Marineris preserva sinais de um passado mais úmido. Canais antigos esculpidos pela água em fluxo cruzam a paisagem. Cientistas encontraram minerais sulfáticos concentrados em uma pequena área baixa que provavelmente se formou quando poças de água rica em sulfatos evaporaram gradualmente. À medida que a água desapareceu, sulfatos ferroso hidratados foram deixados para trás.

Esses minerais, incluindo hidroxissulfato férrico, ocorrem em camadas finas de aproximadamente um metro de espessura que estão situadas tanto acima quanto abaixo de materiais basálticos. Sua posição sugere que foram posteriormente expostos ao calor de lava ou cinzas vulcânicas após sua formação original.

“A investigação das morfologias e estratigrafias dessas quatro unidades composicionais nos permitiu determinar a idade e as relações de formação entre as diferentes unidades,” disse a Dra. Catherine Weitz, coautora do estudo e cientista sênior no Instituto de Ciência Planetária.

Indícios de Aram Chaos

Minerais sulfáticos são amplamente distribuídos pela região de Valles Marineris, especialmente em paisagens acidentadas chamadas terrenos caóticos. Cientistas acreditam que essas áreas se formaram quando inundações massivas 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.

Em um terreno caótico que se formou dentro de uma antiga cratera de impacto, as camadas superiores contêm sulfatos polihidratados. Abaixo delas, 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. A princípio, a disposição dessas camadas minerais foi difícil de explicar. Experimentos de laboratório ajudaram a resolver o mistério. Pesquisadores descobriram que aquecer sulfatos polihidratados a 50°C os converte em formas monohidratadas. Quando as temperaturas excedem 100°C, forma-se o hidroxissulfato férrico. Esses resultados indicam que o calor geotérmico provavelmente alterou os minerais após a deposição.

Sulfatos polihidratados e monohidratados aparecem em grandes áreas da região. O hidroxissulfato férrico é muito mais raro e ocorre apenas em alguns pequenos locais. Cientistas suspeitam que fontes geotérmicas mais quentes existiram sob essas áreas, produzindo as condições necessárias para criar este mineral. Depósitos adicionais podem 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⁺SO₄·4H₂O), que contém quatro moléculas de água em cada célula unitária. O aquecimento transforma-a em szomolnokite (Fe²⁺SO₄·H₂O), que contém apenas uma molécula de água. O aquecimento contínuo produz o hidroxissulfato férrico, onde OH substitui H₂O na estrutura do mineral.

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

Oxigênio e Reações Químicas em Marte

Essa reação química requer gás oxigênio e gera água (Equação 1). Marte possui atualmente uma atmosfera fina dominada pelo CO₂, ainda assim contém oxigênio suficiente para que esta reação ocorra e para que outras formas de ferro também se oxidem.

Equação 1: 4 Fe²⁺SO₄·H₂O + O₂ → 4 Fe³⁺SO₄OH + 2H₂O

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

Indícios da Atividade Geológica em Marte

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

A transformação de sulfatos ferroso 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 amazoniano (<3 bilhões de anos atrás).

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

O artigo, Caracterização do Hidroxissulfato Férrico em Marte e Implicações do Ambiente Geoquímico que Apoia sua Formação, foi publicado na Nature Communications.