Pourquoi le sol martien est-il riche en soufre?

Publié par Michel le 16/02/2009 à 00:00
Source: CNRS /INSU
Illustration: NASA
La surabondance des sols martiens en sulfate, associée à une absence de calcaires qui contrastent avec les surfaces terrestres, est une des énigmes de la planète rouge. En se basant sur l'estimation de la composition des basaltes martiens, des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des Sciences de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) d'Orléans (INSU-CNRS-Université d'Orléans) montrent que la teneur en soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...) des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) volcaniques de Mars devait être 10 à 50 fois supérieure à celle de leurs équivalents terrestres (revue EPSL sous presse). Ces gaz riches en sulfite ont dû acidifier les eaux de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) et très vraisemblablement limiter, voire empêcher, la formation de carbonate sédimentaire sur la planète rouge (Planète rouge (Red Planet) est un film américain réalisé par Antony Hoffman,...).


Le volcan martien (Martien est un nom générique qui désigne plusieurs types de créatures...) Mont OLympe comparé à la taille de l'Arizona, équivalent à la France.

Comprendre les événements qui ont façonné la surface de Mars est l'enjeu de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de plusieurs groupes de scientifiques dans le monde (Le mot monde peut désigner :). Au-delà de la compréhension de la formation et de l'évolution des planètes, ces travaux sont cruciaux pour définir les futures missions spatiales qui permettront un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) les premiers pas de l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...) sur Mars, et peut-être dans un futur lointain la rendront habitable (Terraformer (1)).

Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) rapportées par les robots des missions (OMEGA/Mars Express) scrutant le sol Martien ont mis en évidence des surfaces extrêmement riches en soufre ainsi que la surprenante absence de carbonates sédimentaires. Le sol martien est constitué de roches basaltiques meubles comprenant 5 à 50 % en poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) de minéraux sulfatés magnésiens et ferrifères. Ceci tranche avec la surface de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) Terre, et l'absence de carbonate suggère que les eaux qui ont ruisselé sur Mars étaient très corrosives et fortement chargées en acide sulfurique (L'acide sulfurique (anciennement appelé huile de vitriol ou vitriol) est un composé...) (H2SO4). Pourquoi le sulfate domine-t-il la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) du sol martien alors que le carbonate domine sur Terre ?

Fabrice Gaillard et Bruno Scaillet abordent cette énigme de l'origine de l'enrichissement exceptionnel des sols martiens en soufre en partant de la compréhension actuelle des processus de formation et de différenciation des planètes du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) (2), et en appliquant les lois physico-chimiques qui contrôlent le comportement des gaz dans les magmas terrestres... Ils arrivent ainsi à la conclusion que les volcans martiens ont très probablement émis des laves et des gaz différents de leurs équivalents terrestres ce qui a dû avoir des conséquences importantes sur la chimie des enveloppes superficielles (atmosphère-hydrosphère) des deux planètes telluriques et, par voie de conséquence, sur les conditions d'apparition et/ou de maintien de la vie (La vie est le nom donné :) au cours des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) géologiques sur ces deux astres.

Le volcanisme martien est aujourd'hui éteint, mais de grands appareils volcaniques sont visibles dans la province de Tharsis. Le plus connu d'entre eux, le Mont Olympe, atteint 27 km d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...), dépassant largement les reliefs volcaniques terrestres actuels. Les analyses des sols réalisées in situ par les robots, ainsi que celles des météorites martiennes présentes dans nos collections, indiquent que les basaltes martiens sont très riches en fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...), environ deux fois plus riches que leurs équivalents terrestres. Les auteurs montrent que ceci implique inévitablement que les basaltes Martiens sont 3 à 7 fois plus riches en soufre que les basaltes terrestres: ainsi, les basaltes typiques des rides médio-océaniques contiennent 0,1-à 0,15 % en poids de soufre, alors que les basaltes martiens en contenaient presque 1%.


Traces laissées dans le sol martien par les robots.
Le blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) marque la présence massive (Le mot massif peut être employé comme :) de sulfate.

Une autre différence majeure concerne les conditions de dégazage aux évents volcaniques. Sur Terre, 80 % du volcanisme est produit au fond des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) à des pressions de 100 à 500 fois supérieures à la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) au sol impliquant qu'une grande partie des gaz magmatiques en général et du soufre en particulier reste dissoute dans la lave (La lave est une roche en fusion, plus ou moins fluide, émise par un volcan lors d’une...). Sur Mars, l'essentiel du volcanisme de la province de Tharsis a été libéré dans une atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) ténue, à des pressions probablement très inférieures à la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) de l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...) au sol. Les auteurs montrent que, de ce fait, le volcanisme martien a libéré des gaz en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) de 10 à 50 fois plus riches en soufre que les gaz volcaniques terrestres. De plus, les basaltes des fonds océaniques émettent le soufre sous la forme S2 et hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) sulfuré, H2S, alors que les gaz volcaniques martiens, en raison de la très basse pression de dégazage, ont émis du soufre sous la forme S2 et sulfite, SO2. En comparaison, les gaz volcaniques terrestres sont dominés par le CO2 et l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), les espèces soufrées représentant en moyenne ~1 à 5%, voire moins. A partir de ces données, et en accord avec les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) et analyses du sol Martien les plus récentes, Fabrice Gaillard et Bruno Scaillet estiment que la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de soufre émis par les volcans martiens de la région de Tharsis a pu former un dépôt de sulfate recouvrant de façon uniforme la surface de la planète sur une épaisseur de 10 à 60 mètres !

Ces résultats suggèrent que l'atmosphère martienne pendant cette activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) volcanique était également riche en soufre sous les formes S2 et SO2. Une conséquence importante de forte teneur en SO2 dans l'atmosphère martienne est l'acidification des eaux. Les eaux martiennes ont dû être fortement chargée en acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) sulfurique ce qui aurait alors eu pour effet d'empêcher la précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des...) des carbonates et la formation de calcaires sédimentaires qui, au contraire, dominent la surface de la Terre. Par ailleurs, le SO2 est reconnu pour son effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...) important et pourrait alors avoir joué un rôle sur Mars similaire à celui du CO2 dans l'atmosphère terrestre. Alors que plusieurs travaux ont montré que le CO2 émis par les volcans ne permettait pas de maintenir des conditions suffisamment chaudes pour stabiliser l'eau liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) sur Mars, les auteurs suggèrent que le SO2 aurait pu jouer ce rôle pendant la période d'activité volcanique.


Notes:

(1) Terraformer Mars signifie la rendre habitable par les terriens (J. Lovelock, Les ages de Gaïa, Ed. Odile Jacob, p. 305).
(2) Les planètes telluriques sont différenciées en noyau (métallique) et manteau (silicate). Les proportions métal_silicate varient d'une planète à l'autre ce qui présente des effets importants sur les teneurs en soufre du manteau et des laves qui en sont extraites lors du volcanisme.


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