Descoperirea sulfului elementar pe Marte de către Curiosity

Când roverul Curiosity al NASA a zdrobit din întâmplare o rocă aparent obișnuită de pe podeaua văii Gediz Vallis, a expus un premiu strălucitor şi neaşteptat: cristale galbene pure de sulf elementar. Descoperirea schimbă modul în care cercetătorii înțeleg chimia locală marțiană și ridică noi întrebări despre trecutul geologic al planetei roșii.

Dezvăluire accidentală: cum o roată a devenit geolog

În mai 2024, Curiosity — un rover de 899 kilograme care cercetează Craterul Gale — a trecut peste un bulgăre fragil de mineral care s-a sfărâmat imediat sub roți. Camerele și spectrometrele au surprins interiorul proaspăt expus: cristale galbene vii identificate ca sulf elementar, cunoscut și ca brimstone. În timp ce mineralele sulfatate sunt frecvente pe Marte, găsirea sulfului în formă sa pură, elementară, este fără precedent pentru acest sector al planetei.

Sulful descoperit de Curiosity pe Marte

Ceea ce face descoperirea cu adevărat remarcabilă nu este doar prezența sulfului, ci contextul: Gediz Vallis pare presărată cu alte pietre care seamănă foarte mult cu bulgărele nedeteriorat pe care roverul l-a fracturat accidental. Acest tipar sugerează că sulf elementar ar putea fi mai răspândit local decât se credea anterior — o posibilitate care cere explicații geomineralogice și chimice aprofundate.

De ce sulf elementar surprinde geologii

Pe Marte, sulfării apar de obicei sub formă de sulfați: minerale care se formează atunci când sulfurul se combină cu oxigen și alte elemente în prezența apei, apoi se concentrează pe măsură ce apa se evaporă. Sulfații au constituit o linie importantă de dovezi că Marte a avut la un moment dat apă lichidă și condiții chimice potențial locuibile.

Sulful pur, elementar, se formează într-un set mai restrâns de circumstanțe. Pe Pământ, este frecvent asociat cu fumarele vulcanice, cu izvoarele hidrotermale sau cu reacții chimice în care hidrogenul sulfurat (H2S) este oxidat, lăsând în urmă sulf. Aceste procese necesită condiții specifice de temperatură, redox și atmosferă gazică. Modelele larg acceptate pentru formarea sedimentele din Gediz Vallis nu prevăzuseră anterior formarea locală sau depunerea vizibilă, la suprafață, a sulfului elementar.

„A găsi un câmp de pietre compuse din sulf pur este ca și cum ai găsi o oază în deșert”, a spus Ashwin Vasavada, cercetător principal al proiectului Curiosity la Jet Propulsion Laboratory al NASA. „Nu ar trebui să fie acolo, deci acum trebuie să oferim o explicație. Descoperirea unor lucruri ciudate și neașteptate este ceea ce face explorarea planetară atât de incitantă.”

Ce ne-au spus instrumentele

Curiosity este echipat cu un pachet sofisticat de instrumente pentru identificarea compoziției chimice atât de la distanță, cât și la brațul robotic: camerele Mastcam pentru imagistică, spectroscopia laser ChemCam, analiza elementară APXS, difracția de raze X CheMin și laboratorul SAM pentru analiza volatilor. Folosind o combinație de înregistrări vizuale și semnături spectroscopice, oamenii de știință ai misiunii au confirmat că granulele galbene strălucitoare sunt sulf elementar, și nu un strat de sulfat sau o altă fază minerală asemănătoare.

O stâncă foarte similară celei sparte de Curiosity, fotografiată nouă zile după descoperirea sulfului

Fiindcă roverul a fracturat din întâmplare roca, inginerii și geologii misiunii au beneficiat de o suprafață proaspătă, rar expusă, pe care au putut efectua analize fără a folosi burghiu sau abraziv. În multe cazuri, activitatea de forare este necesară pentru a obține un eșantion nealterat de suprafață; în acest caz, accidentul a oferit acces imediat la materialul intern care a oferit semnături cristaline clare și necontaminate.

Instrumentele au detectat semnături coezive: spectrele Raman și cele de emisii ale ChemCam au indicat trăsături compatibile cu sulf elementar, iar CheMin a furnizat dovezi pentru o structură minerală consistentă cu cristale monoclinice de sulf. APXS a completat tabloul prin identificarea unei chimii dominante caracteristice sulfului, cu concentrații reduse de elemente care ar indica un înveliş de sulfați sau o tarea de cimentare minerală. Aceste date combinate au sporit încrederea că nu este vorba doar de un strat superficial, ci de o componentă minerală inerentă în aceste pietre.

Implicații pentru chimia marțiană și pentru locuibilitate

Sulful elementar are semnificație biochimică: pe Pământ face parte din cicluri care susțin viața microbiană, iar mineralele care conțin sulfați sunt una dintre căile prin care organismele obțin sulf pentru aminoacizi și proteine. Prezența sulfaților pe Marte a fost de mult timp un element al puzzle-ului care sugerează condiții chimice potențial locuibile în trecut. Detectarea sulfului elementar nu dovedește existența vieții, dar extinde inventarul chimic al planetei roșii și diversitatea proceselor care i-au modelat suprafața.

Posibile scenarii de formare includ următoarele mecanisme care rămân valabile până la modelare și date suplimentare:

• Activitate vulcanică sau hidrotermală locală în trecut, care a generat gaze bogate în sulf ce ulterior s-au condensat și s-au cristalizat pe măsură ce mediul s-a răcit.
• Reacții de oxidare-reducere în care fluide purtătoare de sulf au precipitat sulf elementar în condiții redox neobișnuite, poate în medii transiente cu aport de compuși reducători.
• Transport și depunere dintr-o sursă mai îndepărtată, urmate de alterare chimică localizată la suprafață care a concentrat și reformat sulfurul în fază elementară.

Fiecare ipoteză cere modelare geochimică detaliată și mai multe date de teren. Unele scenarii implică existența unor perioade tranzitorii cu temperaturi mai ridicate sau medii chimic reductoare în istoria marțiană, aspecte cu importanță majoră pentru reconstrucția evoluției planetare și pentru evaluarea potențialului de păstrare a biosignaturilor.

Pentru a înțelege mai bine semnificația descoperirii trebuie luate în considerare analogii terestre bine studiate: câmpurile hidrotermale, fumarolele fărăelunare și depozitele de sulf din bazinele evaporite de pe Pământ oferă modele mecanistice și rate de transformare chimică care pot fi adaptate la condițiile marțiene, cu corecții pentru presiune, compoziția atmosferică și absența vieții complexe ca factor transformator. Aceste comparații pot ajuta la estimarea timpului de formare al acestor depozite și la inferarea mediilor de lucru (ex. pH, Eh, temperatură) care ar fi permis acumularea sulfului elementar.

Paşii următori pentru Curiosity şi cercetători

Cercetătorii vor continua cartografierea distribuției pietrelor asemănătoare cu sulf de-a lungul văii Gediz și vor compara texturile și compozițiile lor. Modele de laborator, experimente controlate și simulări geochimice computaționale vor fi folosite pentru a restrânge mecanismele posibile de formare. Curiosity va continua să colecteze imagini de proximitate și spectre; acolo unde este sigur și fezabil, echipa poate viza pietre similare pentru analize suplimentare sau, dacă condiţiile permit, pentru forare și prelevare de probe.

Curiosity a colectat 42 de probe pulverizate de rocă cu burghiul aflat la capătul brațului său robotic. Toate cele 42 de găuri realizate de burghiu sunt prezentate aici.

Pe termen scurt, echipa va prioritiza investigațiile non-invazive: analize spectrale repetate, imagini macro pentru a examina morfologia cristalelor, măsurători termale și căutarea asocierilor mineralogice care ar putea indica un mediu de depozitare (de exemplu, prezența zeoliților, minerale sulfurate secundare sau ciment silicat). Pe termen mediu, integrarea rezultatelor cu date orbitale (spectrometrie orbitală, imagini de înaltă rezoluție) va permite extinderea hărții distribuției acestor materiale și identificarea posibilelor surse sau coridoare de transport al materialului sulfuric.

Observaţie de expert

„Acest tip de mineralogie neașteptată ne amintește că Marte este încă un arhiv dinamic”, a declarat dr. Elena Marquez, geochimist planetar la Imaginary Planetary Institute. „Sulful elementar ne îndreaptă atenția către «fabrici» chimice localizate în trecutul lui Marte — poate impulsuri hidrotermale sau emisii de gaze bogate în sulf. Drumul de la descoperire la explicație va combina datele roverului, experimentele de laborator și modelele teoretice. De asemenea, ne poate ghida în alegerea țărilor pentru viitoarele misiuni de returnare a probelor către Pământ.”

În termeni practici, descoperirea subliniază valoarea muncii mobile de teren pe alte lumi. Mobilitatea roverelor, combinată cu un pachet larg de instrumente, le permite oamenilor de știință să descopere serendipitous și să investigheze rapid anomalii pe care sondele statice le-ar rata de obicei. Aceasta confirmă importanța unui portofoliu variat de misiuni — orbitere, landere și rovere — pentru o înțelegere holistă a proceselor marțiene.

Ce înseamnă pentru explorările viitoare

Înțelegerea modului și motivului pentru care sulf elementar apare în Gediz Vallis va ajuta la rafinarea selecției siturilor de aterizare și a strategiilor de eșantionare pentru misiunile viitoare. Dacă depozitele de sulf elementar indică medii hidrotermale vechi, ele ar putea deveni ținte prioritare pentru misiunile de returnare a mostrelor și pentru căutarea de biosignaturi. În plus, locațiile cu sulf elementar ar putea conserva în mod favorabil anumite tipuri de compuși organici sau structuri microbiene fosilizate, în funcție de rapiditatea entombării și de condițiile locale de conservare.

Între timp, misiunile actuale precum Perseverance continuă să extindă imaginea diversității marțiene, iar Curiosity continuă să dezvăluie surprize care împing știința planetară mai departe. Sinergia între aceste misiuni, modelare geochimică avansată și experimente de laborator replicate în condiții marțiene va fi esențială pentru a transforma această descoperire accidentală într-o poveste coerentă a trecutului geologic și chimic al lui Marte.

Pe măsură ce datele noi sosesc, comunitatea științifică va evalua, recalibra și, probabil, va extinde teoriile actuale despre cum procesele interne (vulkanism și hidrotermale) și cele exogene (transport de sedimente, alterare chimică la suprafață) au interacționat pentru a produce peisajul mineral marțian. Descoperirea sulfului elementar în Gediz Vallis rămâne o piesă importantă și provocatoare a puzzle-ului marțian, cu implicații pentru geochimia planetei, istoria apei lichide și prioritățile științifice ale viitoarelor expediții de explorare și de returnare a probelor.