Змеевик, недавно обнаруженный на Марсе по данным марсианского разведывательного орбитального аппарата, встречается редко, но встречается в трех геологических условиях:
1) в рельефе "меланжа" на подъеме Кларитас и Нили-Фоссае,
2) кратерах южного высокогорья и
3) вблизи бассейна Исидис.
Любые активные в настоящее время процессы серпентинизации происходят под поверхностью земли, и минеральные продукты не будут видны по поверхностным и орбитальным данным, однако обнаружение серпентина в нескольких ноахских рельефах указывает на активные процессы серпентинизации в прошлом на Марсе. Важными последствиями являются производство магнетита в прошлом, который может способствовать намагничиванию химических остатков коры Марса, и производство H2, который является подходящим источником энергии для гемосинтетической жизни микроорганизмов.
Змеевики представляют собой триоктаэдрические филлосиликаты с общей формулой (Mg, Fe)3Si2O5(OH)4 и образуются при гидротермическом изменении ультраосновных пород при температурах от чуть выше окружающей среды до приблизительно 400°C. Наличие змеевика служит маркером для отличительных химических условий воды: с высоким pH и низким aSiO2. Существование на Марсе змеевиков имеет большое значение для геофизики. В зависимости от геохимии флюидов при серпентинизации обычно сопутствующим продуктом является магнетит (Fe3O4), который очень чувствителен к магнетизму и предположительно способствует образованию марсианских магнитных аномалий [Назарова и Харрисон,2008]. Реакции серпентинизации также приводят к образованию H2, который может служить важным источником энергии для гемосинтетических организмов или абиотически реагировать с CO2 для получения метана.
Спектрометры, работающие на орбите, выявили фитосиликатные минералы в старейшей коре Марса, южных высокогорьях Ноачи. Хотя большинство филлесиликатов, обнаруженных на Марсе на сегодняшний день, представляют собой смектиты Fe/Mg или хлориты, которые могут образовываться при различных условиях. Менее распространенные минералы, такие как недавно идентифицированный серпантин, дают более точную информацию о геохимических условиях прошлого. Здесь мы каталогизируем геологические параметры серпентиносодержащих отложений, найденных компактным разведывательным сканером CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars).
В настоящее время обсуждается также распространенность змеевиков на Марсе, возможные ограничения их образования и стойкости, а также их влияние на геофизические и астробиологические исследования.
Выявление серпентиносодержащих пород.
Тысячи целевых, атмосферно скорректированных наблюдений CRISM (18-40 м/пикс) были исследованы в горных районах юга на предмет наличия признаков изменения минералов, включая серпентин. Змеевик - относительно редкое явление. Для того, чтобы в предыдущих анализах не было упущено из виду ни одного месторождения, 162 пункта наблюдения в районах с сильными признаками оливина или доказательства наличия Fe/Mg филлесиликатов, были повторно изучены в настоящем исследовании.
Змеевик обладает характерными поглощениями в области 1,0-2,6 мм, возникающими в результате изгиба и растяжения металлических (Mg,Fe,Al)-OH связей.
Самым сильным поглощением является асимметричный узкий комбинированный диапазон 2,325 мм Mg-OH. Около 1,4 мм, узкий обертон растяжения OH, центрированный на 1,38 мм для Mg серпентинов.
Характерны также V-образная лента, центрированная на 2,50-20,52 мм и более слабая на 2,10-2,12 мм, прочность которой заметно варьируется в зависимости от размера зерна.
Наличие всех четырех этих особенностей поглощения необходимо для уникального отличия магнезиальных змеевиков от других изменчивых минералов на Марсе, таких как карбонаты, хлориты, Mg-богатые смектиты и их смеси. Стоихиометрический змеевик не имел бы в своем составе молекулярной воды, но спектры, наблюдаемые с помощью CRISM, а также многие образцы наземного серпантина, имеют поглощение H2O 1,9 мм, вызванное либо смешанными гидратированными фазами, либо несовершенной кристаллической формой. У богатых железом серпентинов другой набор поглощений.
Хамозит и бертиерин обладают характерными поглощениями, которые искали, но не были найдены. В гриналите и хрусталите отсутствуют особенности поглощения ВНИР, которые однозначно отличают их от других продуктов модификации и их смесей. И, вероятно, невозможно однозначно определить их присутствие или отсутствие на Марсе по орбитальным данным. Предположительно, змеевики имеют характерную форму и отличаются от других материалов, но могут не обладать более слабыми поглощающими свойствами.
Обсуждения.
Непрерывное воздействие серпентиносодержащих материалов на Марсе невелико и редко. Этот вывод представляет собой сочетание фактического распределения змеевиков и того факта, что змеевик трудно отличить от других Fe/Mg филлесиликатов, карбонатов и их смесей. На сегодняшний день серпентиносодержащие материалы, как представляется, ограничиваются породами Ноачинского периода:
- рельефом меланжа вблизи поднятия Кларитас и Нили-Фоссае,
- несколькими кратерами на южных высокогорьях и скальной породой в Нили-Фоссае.
Наличие змеевика подтверждает гидротермическое изменение ультраосновных пород в ноахскую эпоху. В зависимости от температуры, fO2 и активности SiO2, H2O, Ca2+ серпентинизация создает множество дополнительных продуктов; наиболее распространены бруцит, тальк и магнетит. Магнетит в значительной степени непрозрачен в ближнем инфракрасном диапазоне и не обнаруживается CRISM. Карбонаты магния являются менее распространенным сопутствующим минералом в реакциях серпентинизации, но могут встречаться с серпентином в гидротермальных системах, когда aCO2 является умеренно высоким, а температура - низкой. Это может объяснить появление единицы оливин-карбонат-серпентина в районе Нили-Фоссае.
Другим возможным вариантом является двухступенчатый процесс: оливин частично превращается в серпантин гидротермически, а карбонат магния образуется впоследствии при выветривании поверхности. На Земле месторождения магнезита обычно наблюдаются вместе с серпентинизированными ультраосновными породами в результате выветривания поверхности или приповерхностного слоя. Оливин может влиять непосредственно на магнезит; бруцит также очень чувствителен к атмосферным воздействиям в присутствии CO2 и является общим предшественником гидратированных и магниевых карбонатов.
Выводы.
Нынешняя серпентинизация и последующая абиотическая или биологически опосредованная выработка метана будут происходить в недрах, и эти минералы не могут быть замечены с орбиты. Однако очевидно, что процесс серпентинизации проходил на Марсе в прошлом. В ноачийский период образование серпантина на Марсе вблизи Нили-Фоссае, на подъеме Кларитас, в сочетании с несколькими кратерами на южных высокогорьях привело бы к образованию H2 и созданию водных биотопов, пригодных для химиоавтотрофной микробной жизни. На таких объектах могут быть сохранены доказательства наличия таких процессов.
Хотя большинство случаев возникновения серпантина происходят в нарушенных пластах, цели его будущей добычи на суше заключаются в контакте с нетронутыми твердыми породами, например, вблизи Нилийских окаменелостей.
