Daha çox

4.1: Gale Krater, Mars - Geoscience


4.1: Gale Krater, Mars - Geoscience

4.1: Gale Krateri, Mars

Qədim çöküntülər Marsdakı iqlim və yaşayış yerlərinin arxivlərini təmin edir. Mars Elm Laboratoriyası (MSL) üçün açılış yeri olan Gale Krateri 5 km hündürlüyündə bir çökmə kurqana (Sharp Dağı / Aeolis Mons) ev sahibliyi edir. Höyük meydana gəlməsinə dair fərziyyələrə evaporitik, lakustrin, fluviodeltaik və aoliya prosesləri daxildir, lakin Gale kurqanının mənşəyi və orijinal dərəcəsi məlum deyil. Burada kurqan içərisindəki çökmə təbəqələrin yeni ölçmələrini göstəririk ki, bu da ilk üç fərziyyəyə zidd olaraq, kurqanın mərkəzindən radial olaraq yönəldilmiş ∼3 ° çölə doğru enmələri göstərir. Üstəlik, kurqanlar bir vaxtlar kraterlə doldurulmuş vahidin aşınma qalıqları kimi qəbul edilsə də, Qale kurqanının hazırkı formasının maksimum dərəcədə yaxın olduğunu tapırıq. Bunun əvəzinə təklif edirik ki, kurqanın quruluşunu, stratiqrafiyasını və cari formasını kraterin mərkəzinə yaxın yerdə külək-topoqrafiya geri bildirişlərinin vasitəçiliyi ilə böyüməklə izah etmək olar. Modelimiz, əvvəlcə krater divar katabatik küləklərdən uzaq olan krater mərkəzinin yaxınlığında necə çöküntünün çökə biləcəyini göstərir, nəticədə ortaya çıxan kurqanın artan relyefi kurqanı aşınmaq üçün kifayət qədər güclü olan kurqan-yan meylli küləklər əmələ gətirənə qədər. Yamac küləyinin gücləndirilmiş eroziya və nəqliyyat (ŞİRİN) fərziyyəsi, məhdud üzvi karbon qorunması potensialı olan aoliya çöküntüsünün təsiriylə höyük meydana gəlməsini və lakustrin və flüvial aktivlik üçün nisbətən məhdud rolu göstərir. Külək və topoqrafiya arasındakı morfodinamik geri bildirişlər, Mars səthindəki bir sıra çöküntü və buz kurqanlarına və bəlkə də digər planetlərə geniş tətbiq olunur.


Telefoto Vista, Marsın Gale Kraterindəki Sıradan

& Quot; Vera Rubin Ridge & quot; üzərində bir nöqtə, NASA & # x27s Curiosity Mars roverini Gale Krateri içərisindəki missiyasına başladığı bölgəyə və kraterin daha uzaq xüsusiyyətlərinə nəzər saldı.

Şimal-şərqə doğru bu görünüş Curiosity & # x27s Mast Camera (Mastcam) kamerasının sağ gözlü telefoto lens kamerası tərəfindən çəkilmiş səkkiz şəkli birləşdirir. Mastcam & # x27s sol göz, daha geniş bucaqlı lens kamerası ilə eyni rover yerindən əldə edilmiş daha geniş bir panoramada (PIA22210) təsvir olunan ərazinin bir hissəsinin daha ətraflı məlumatını göstərir. Səhnə ağ balanslaşdırılmışdır, buna görə qaya materiallarının rəngləri Yerdəki gündüz işıqlandırma şəraitində necə görünəcəklərinə bənzəyir.

Komponent şəkillər 25 Oktyabr 2017-ci il tarixində Marsda rover & # x27s işinin 1.856th Martian günü ya da sol zamanı çəkilmişdir. O anda Curiosity 1073 fut (327 metr) yüksəklik qazanmış və eniş yerindən 10.95 mil (17.63 kilometr) məsafədə hərəkət etmişdir.

Sharp Dağı, diametri 96 mil (154 kilometr) uzanan Gale Kraterinin ortasında təxminən 5 mil yüksəklikdədir. Vera Rubin silsiləsi aşağı Sharp dağının şimal-qərb cinahındadır. Bu mənzərənin sağ ön tərəfində Vera Rubin silsiləsinin bir hissəsi göstərilir. Məsafədə Gale Kraterinin şimal divarı var, kənar rest üfüqü rover və # x27s yerindən təxminən 25 mil (40 kilometr) təşkil edir.

İzahatlı bir versiya, Şəkil 1, roverin 2012-ci ildə harada düşdüyünü (& quotBradbury Landing & quot-də) və sürücüsünün ilkin hissəsini, o cümlədən araşdırma yerləri & quot Yellowknife Bay, & quot & quotDarwin & quot & & Cooperstown. & Quot; Rover & # x27s dəqiq eniş saytının arxasında gizləndiyini göstərir. cüzi qalxma. Kosmik gəminin enməsi zamanı istifadə olunan istilik qalxanı, arxa qabıq və paraşüt şəkildəki ərazidədir, lakin məsafəyə görə və tozla kamuflyaj etmək üçün tanınmır. 2013-cü ildə Yellowknife Körfəzində missiya, mikrob həyatı üçün bütün əsas kimyəvi maddələr təklif edən qədim bir şirin su gölünün mühitinə dair dəlillər tapdı.

Şəkil 2 üç ölçülü çubuğu əhatə edir: Sharp Dağı dibinin yaxınlığında 1500 metr (1640 yard) yaxınlığında təxminən 1,530 metr (1673 yard) məsafədə 40 metr (131 fut) yaxınlığında, 30,75 kilometr (19,1 mil) yaxınlığında krater divarının təməli və kənarın təpəsindəki təqribən 41.2 kilometr (25.6 mil) məsafədə 2.000 metr (1.2 mil).

Malin Space Science Systems, San Diego, Mastcam'ı tikdirir və idarə edir. NASA & # x27s Jet Propulsion Laboratoriyası, Kaliforniyanın Pasadena şəhərindəki Caltech-in bir bölməsi, Washington, NASA & # x27s Elm Missiyası Müdirliyi üçün Mars Elm Laboratoriyası Layihəsini idarə edir. JPL, layihəni və # x27s Curiosity rover dizayn edib qurdu.


2. Model üsulları və fərziyyələr

Termokimyəvi modelləşdirmə üçün CHIM-XPT (əvvəllər CHILLER) proqramını istifadə edirik [Reed və Spycher, 2006 Reed et al., 2010 [, çoxkomponentli, heterojen kimyəvi tarazlığın hesablanması üçün bir proqramdır. Bu, hər hesablama addımının başlanğıc maye ilə həll olunmuş süxur arasındakı tarazlığı hesabladığı deməkdir. Beləliklə, hər bir addım əldə olunduğu istiqamətdən müstəqil şəkildə müalicə oluna və şərh edilə bilər və su / qaya (W / R) nisbətindəki meyllər hər iki istiqamətdə oxuna bilər, çünki tarazlıq hər addım üçün müstəqil olaraq hesablanır. Adım ölçüsü tapşırığın tələblərindən asılı olaraq dəyişə bilər və hesablama suyun miqdarından böyük dərəcədə asılı deyil, çünki çəki nisbəti istifadə olunur və hesablama üçün əsas vahid mollardır. Rahatlıq üçün 1 & # x02009kg (və ya 55.5 & # x02009mol) su ümumiyyətlə hesablama üçün əsasdır. Burada istifadə edilən metod, çöküntülərin sistemdən bölünmədiyi bir toplu hesablama. Kod, verilənlər bazası və giriş sənədlərinin detalları üçün CHIM-XPT üçün kitabçaya müraciət edirik [Reed et al., 2010 [ümumiyyətlə, yazımızın metodologiyası, xüsusən titrləmə modelləşdirməsi ilə əlaqəli reaksiya yolu modelləri barədə məlumat üçün nümunəyə baxın. K & # x000fchn [2004, fəsil 3 [və verilənlər bazaları və riyazi-nəzəri məlumatların müzakirəsi üçün [bax, məsələn, Ganguly, 2008 və Oelkers və Schott, 2009, özellikle fəsillər 1 & # x020133 [. CHIM-XPT quru bazalt mühitlərində geniş istifadə edilmişdir [məs., Qamış, 1982 Qamış, 1983 [və Mars kompozisiyaları üçün [DeBraal et al., 1993 De Caritat et al., 1993 Schwenzer və Kring, 2009 Körpülər və Schwenzer, 2012 Schwenzer et al., 2012a, 2012b Schwenzer və Kring, 2013 Filiberto və Schwenzer, 2013 [. Proqram başlanğıc maye, ana süxur elementar tərkibi, temperatur və təzyiq seçimləri tələb edir.

Modelləşdirməmizdə ev sahibi qaya kompozisiyaları üçün Curiosity (Cədvəl & # x02009 2 və Bölmə 2.2) tərəfindən müşahidə olunan müxtəlif süxurlardan və əlavə olaraq amorf komponent və olivinlə Portage-torpaq tipli ana süxurda seçmə mineral reaksiyalarından istifadə etdik. Qeyd edək ki,% 22.4 olivin və gil mineralları olmayan bir qayadan başlayırıq (Portage torpaq Table & # x02009 1) və dəyişmə minerallarını palçıq daşlarında olduğu kimi modelləşdiririk (John Klein və Cumberland matkap nümunələri Cədvəl & # x02009 1). tərkibində çox az olivin (sırasıyla% 6 və 2) və% 20 & # x02009 & # x000b1 & # x020092 filosilikatlar vardır [Vaniman et al., 2014 [(Cədvəl & # x02009 1). Burada təqdim olunan modellər üçün sedimentoloji müşahidələrin irəli sürdüyü diagenetik ssenaridən sonra temperatur 10 & # x000b0C, təzyiq 1 & # x02009bar olaraq təyin edildi.Grotzinger və digərləri., 2014 [.

Cədvəl 2

Başlanğıc Qaya, Torpaq və Tək Fazlı Kompozisiyalar a

Amorf
Wt%Jake_MEkwir fırçalandıPortageOlivinPortageJohn KleinCumberland
SiO251.8546.0744.8836.341.7841.0141.73
TiO20.510.901.25 2.252.071.66
Al2O316.518.439.870.066.956.266.00
Cr2O30.030.370.510.021.170.900.91
FeO6.4313.2712.9633.27.780.3521.45
Fe2O31.071.642.23 15.7420.702.78
MnO0.140.210.430.630.980.550.54
MgO3.719.839.0929.75.727.818.35
CaO6.236.007.620.256.378.976.80
Na2O6.471.342.22 2.963.362.49
NaCl1.482.991.19 1.771.443.17
K2O2.270.630.51 0.951.000.79
P2O50.511.100.98 2.241.982.02
FeS2.767.236.26 3.353.601.30

Hesablanmış tarazlıq mineral birləşmələrinin nəticələri W / R nisbətinə (süxur kütləsi) nisbətən mineral bolluğu diaqramlarında verilmişdir reaksiya verdi başlanğıc maye ilə). Beləliklə, qurulmuş W / R nisbəti, yüksək W / R ucunda çox məhdud süxur əriməsi və aşağı W / R ucunda süxurların əriməsi ilə irəliləyiş dəyişkənidir. Qeyd edək ki, W / R sonu, Marsda müəyyən bir həcmdə olan süxurda mövcud olan ümumi süxur miqdarı deyil, maye ilə reaksiya göstərilən süxur miqdarını təmsil edir. Palçıq daşlarında orijinal magmatik minerallar müşahidə olunur [Vaniman et al., 2014 [(Cədvəl & # x02009 1), yəni qayanın dəyişməsinin natamam olduğunu və reaksiya verilməmiş maddə qaldığını bildirir. Buna görə, kütləvi qaya kompozisiya tendensiyalarının həll etdiyi ümumi su ilə qaya nisbəti ilə müqayisə üçün [McLennan et al., 2014 [, Gale'deki qayanın ümumi vahid həcmi başına reaksiya verilən qaya miqdarı haqqında fərziyyələr edilməlidir. Başqa sözlə, yüksək W / R nisbətləri suyun məhdud bir səth sahəsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olduğu və bu səbəbdən böyük bir su kütləsində yalnız kiçik bir daş kütləsinin həll olunduğu sistemlərin göstəricisi ola bilər. Bu, məsələn bir qırıqda və ya müntəzəm yağışa məruz qalan qaya səthində baş verir. Aşağı W / R nisbəti, böyük qaya səthlərinin durğun və mübadiləsi olmayan bir su həcmi ilə reaksiya göstərdiyi zaman meydana gələ bilər, məsələn, məsaməli bir çöküntüdə, sonrakı hissələrdə əldə etdiyimiz nəticələr durğun bir vəziyyət deyil, axan su ilə açıq bir sistem təklif edir. . Bu həll nəticəsində əmələ gələn çöküntülərin dəqiq miqdarı məhlulda qalan növlərə və çökmüş mineralların təfərrüatlarına, xüsusən də struktur olaraq bağlanmış suya və ya daxil olan CO-ya bağlıdır.2. Yağış miqdarı yüksək W / R-də bir neçə milliqramdan 1000 W / R-də təxminən 1 & # x02009g-ə, 100 W / R-də 10 & # x02009g əmrində artır. 1 ilə 100000 W / R arasında modelləşirik. ancaq qaçışların çoxu üçün yalnız 10 ilə 10000 arasında göstərin. Çöküntü içərisində daha yüksək W / R olması ehtimalı yoxdur, lakin ən aşağı W / R, daha az H ilə fazalar meydana gətirəcəkdir2Filosilikatlardan daha çox. Bu səbəbdən W / R ətraf mühiti təsvir edir (aşağı W / R-də təzə giriş olmayan durğun mayelərdən fərqli olaraq yüksək W / R-də şirin su axını), eyni zamanda reaksiya irəliləyir, çünki durğun vəziyyətdə daha çox ev sahibi süxur zamanla reaksiya verin, xüsusən reaksiyaların yavaş olduğu aşağı temperaturda.

2.1 Başlanğıc Maye Tərkibi: Gale Portage Suyu

Yellowknife Bay çöküntülərindəki diagenezlə əlaqəli suyun real bir başlanğıc maye təmsilçisini modelləşdirmək üçün uyğunlaşdırılmış sudan (AW) başlayırıq. Bu əvvəlki Mars tədqiqatlarımızda istifadə olunan mayedir [bax Schwenzer və Kring, 2009 [. Quru bazaltik mühitdən havanı çıxaran isti mayelərə əsaslanan növ konsentrasiyaları ilə seyreltilmiş sulu bir məhluldur & # x02014The Deccan Traps [Minissale et al., 2000 [. Deccan tələləri bu mühitin dəniz suyundan azad olduğu üçün seçilmişdir. Maye daha sonra yerdəki mayenin Ca-konsentrasiyasını alaraq və Mars qayasında müşahidə olunan Ca / Fe və Ca / Mg nisbətlərindən istifadə edərək Mg və Fe tərkiblərini tənzimləyərək Martian bazalt kompozisiyaları üçün düzəldildi (şerotit LEW 88516). Çözüm əvvəlcə oksidləşir (bütün S növləri SO olaraq4 2 & # x02212). CHIM-XPT ya O dəsti tərəfindən idarə edilə bilər2-H2O-SO4-H + və ya HS-SO ifadəsində ifadə edilmişdir4-H2O-H +. Reaksiyalar zamanı SO4 2 & # x02212 / HS & # x02212 cütü mayedəki oksidləşmə-redoksu idarə edir [Reed et al., 2010 [və 112 müxtəlif ion növlərindən ibarət bir sıra adətən hər hesablama mərhələsində maye kimyasını təmsil etmək üçün istifadə olunur. Cədvəl & # x02009 3, element konsentrasiyalarının xülasə təsviridir. Sistemin işləmə müddətində oksidləşmənin azaldılması ana süxurun və ya torpağın Fe 2+ / Fe 3+ nisbətindən asılıdır (bax. Bölmə 2.3.2). Mayenin kükürd konsentrasiyası Deccan Trap mayelərində olduğu kimi alındı ​​[Minissale et al., 2000 [və xlor, yük balansı ionu olaraq istifadə edilmişdir. Bundan, bütün növ konsentrasiyalarını 10.000-ə bölməklə seyreltilmiş bir versiya hesablanmışdır. Bu, modelimizə gətirilən növlərin təsirini azaldır.

Cədvəl 3

Modelləşdirmədə istifadə olunan maye tərkibləri

AWGPWGPW 185 & # x02009mbar
Cl & # x02212 0.587E-15.76E-35.76E-3
BELƏ Kİ4 2 & # x02212 0.285E-23.97E-33.97E-3
HCO3 & # x02212 0.168E-41.68E-40.62E-2
SiO2-3.49E-53.49E-5
Ca 2+ 0.250E-21.41E-51.41E-5
Mg 2+ 0.205E-11.27E-81.27E-8
Fe 2+ 0.919E-2--
K + -5.02E-45.02E-4
Na + -9.20E-39.20E-3
Mn 2+ 4.36E-84.36E-8

Uyğunlaşdırılmış su (AW), Deccan Trap mayelərindən hesablanmış bir mayedir [Minissale et al., 2000 [və Martian Fe / Ca / Mg nisbətlərinə uyğunlaşdırılmışdır. Ətraflı məlumat üçün mətnə ​​və Schwenzer və Kring [2009 [. Gale Portage Water (GPW), Seyreltilmiş AW-nin (& # x000d710,000) Gale Kraterindəki qayalarla ilkin reaksiyasından çıxarılan bir mayedir (mətnə ​​bax). Diqqət yetirin ki, bu cədvəl element konsentrasiyalarını ümumiləşdirir, lakin bunlar tipik olaraq qaçış zamanı 112 ion növü ilə təmsil olunur. GPW üçün yalnız 10 & # x0221210-dan yuxarı dəyərlər nəzərə alınmışdır. Bölmələr mol ilə göstərilir.

Daha sonra, Portage torpaq kompozisiyasının qatı maddəsi (Cədvəl & # x02009 1), 50 & # x000b0C və 1 & # x02009barda bu mayenin içərisinə basdırılmış çöküntünün (potensial olaraq daha yüksək geotermal gradyan sonrası təsirində) ölkə qayası ilə reaksiyasını hesablamaq üçün titrlənmişdir. Rocknest qum kölgəsindən olan portage torpağı, Gale Kraterinin yaxınlığında orta qabıqlı kompozisiyaların nümayəndəsi kimi qəbul edilir. 100 W / R-də yaranan maye tərkibi gil çöküntüdən ayrıldı və 1 & # x000b0C-ə qədər soyuduldu (Şəkil & # x02009 2), bu müddət ərzində bir kvars (və ya amorf SiO) istehsal etdi2, kinetikadan asılı olaraq) üstünlük təşkil edən çöküntü (Şəkil & # x02009 2). Bu, dəyişmə mayelərinin soyudulmasının ümumi bir xüsusiyyəti və Marsda silisiumla zəngin yataqların olması ehtimal olunur, ehtimal ki, müxtəlif temperaturlarda və digər şərtlərdə meydana gəlir [məsələn, McAdam et al., 2008 Squyres et al., 2008 [. Gale mayesi yenidən çöküntüdən ayrıldı və mayedə qalan ionlar GPW olaraq qəbul edildi. CO2& # x02014 C daşıyıcı növlər üçün bir vəkil olaraq & # x02014 1.68E-4 mol HCO olaraq əlavə edilmişdir3 & # x02212, MSL nəticələrinə uyğun gələn və əvvəlki işimizdə istifadə olunan karbonat əmələ gəlməsini istisna edən bir konsentrasiya [məsələn, Schwenzer və Kring, 2009 [. GPW-dəki bütün S növləri SO olaraq ümumiləşdirilmişdir4 & # x02212. Konsentrasiyası 10 & # x0221210 & # x02009mol-dan aşağı olan növlər bu başlanğıc maye tərkibində nəzərə alınmamışdır.

Portage torpaq 50 & # x000b0C-də seyreltilmiş Uyarlanmış Su AW ilə reaksiya verdi. Maye, 100 W / R-də (reaksiya verilən süxurun gələn maye ilə nisbətində) orijinal reaksiyasından çıxarıldı və daha sonra modelimizdə istifadə etdiyimiz Gale Portage suyu GPW yaratmaq üçün soyudularaq Yellowknife Bay diagenez birləşməsi üçün istifadə edildi. (a) İstilik sahəsi (T & # x000b0C) ilə fərqli temperaturda çöküntü ilə tarazlıq içində olan mayenin 1 & # x02009kg suyundakı (mol ilə) ion konsentrasiyasına qarşı. Soyutma, yağışa səbəb olur və ən çox SiO-ya səbəb olur2, Fe, Al və S. (b) Soyuduqdan sonra çökən minerallar. Əsas çöküntülər kvarsdır (və ya başqa bir SiO)2 faz, reaksiya kinetikasına bağlı olaraq), pirit, stilbit və apatit.

2.2 Başlanğıc Rok Kompozisiyaları və Model Şərtləri

John Klein və Cumberland qazma nümunələrində müşahidə olunan fillosilikatları izah etmək üçün GPW istifadə reaksiyaları müxtəlif Gale süxurları ilə (Cədvəl & # x02009 2) hesablanmışdır. Jake_Matijevic'i qələvi son üzv, Ekwir_brushed'i ortalama, nisbətən tozsuz bazalt kompozisiya, Portage isə ən az dəyişdirilmiş bazalt torpağın son üzvü olaraq istifadə edirik. Portage torpağına diqqət yetiririk, çünki rover araşdırmaları nümunənin kimya və mineralogiyasını geri qaytardı [Morris et al., 2014 Vaniman et al., 2014 [. Portage torpağı eyni zamanda dəyişməmiş bazalt süxur süxurların regional bir tərkibini də verir, çünki əksər süxurlar (Portage torpağı və gilli göl yatağı palçıq daşları da daxil olmaqla) kimyəvi cəhətdən tipik yuxarı Mars qabığına bənzəyir [Grotzinger və digərləri., 2014 [.

Digər hesablamalar üçün, ayrı-ayrı komponentlərin, məsələn, olivin və amorf komponentin müxtəlif nisbətlərində istifadə etdik. Ümumilikdə, tərkibi, temperaturu və oksidin azaldılması şərtləri dəyişən 100-dən çox qaçış edildi. APXS analizlərindən qaya və torpaq kompozisiyaları üçün istifadə edilmişdir [Gellert et al., 2013 Stolper et al., 2013 Schmidt et al., 2014 [və qayanın redoks vəziyyətinin dəyişmə mineral birləşməsinə təsirini araşdırmaq üçün bir sıra işlərdən sonra (bölmə 3.1) ümumi Fe (molar) -ın 10% -ni Fe 3+ olaraq aldıq. John Klein və Cumberland amorf kompozisiyaları üçün də% 10 Fe 3+ almışıq, lakin Portage amorf üçün mövcud qiymətləndirməni Morris et al. [2014 [, bu% 42 Fe 3+ (Cədvəl & # x02009 2), beləliklə bizə amorf komponentlə əlaqəli bir sıra potensial Fe 3+ məzmunu verir. BELƏ Kİ3 APXS məlumatları FeS və ya FeS olaraq yenidən hesablandı2, FeO-dan bərabər miqdarda Fe çıxılsın. Xlor NaCl olaraq yenidən hesablandı və Na-dan ekvivalent miqdarda Na çıxarıldı2O. 10 & # x000b0C, 50 & # x000b0C ve 150 & # x000b0C üç fərqli temperaturu sınadıq və qeyd etdik ki, ən aşağı temperaturda yalnız təbiətdə daha yüksək temperaturlarda əmələ gəldiyi bilinən bəzi minerallar (məsələn, piroksenlər və amfibollar) xaric edilmişdir. qaçış zamanı formalaşır.

Toplu qaya modelləri, Yellowknife Körfəzində qarşımıza çıxan süxurların ümumi kimyası ilə əlaqəli gözlənilən dəyişiklik mineralogiyası ilə bağlı məlumatlar verir. Bununla birlikdə, mineralların həll edilməsi bircins deyil və istilik və maye kimyasından çox asılıdır [məsələn, Zolotov və Mironenko, 2007 Hausrath et al., 2008 McAdam et al., 2008 Gudbrandsson et al., 2011 [. Beləliklə, əvvəlki naxlite Martian meteorit modellərindəki oxşar yanaşma edərək fərqli mineral qarışıqları ilə reaksiyalar da hesabladıq [Körpülər və Schwenzer, 2012 [. Mineral əriməsi haqqında bəzi məlumatlar, nümunələr arasındakı olivin, maqnetit və amorf komponentin konsentrasiyasındakı fərqlərin müşahidələrindən çıxarıla bilər [Vaniman et al., 2014 [(Cədvəl & # x02009 1), baxmayaraq ki, bu məqalədə mineralların həll dərəcələrini nəzərə almırıq. Qoyunlu palçıq bazaltik, Fe-sülfid tərkibli mineral birləşməsində 22 & # x02009% (John Klein qazma çuxuru) ilə 18 & # x02009wt% (Cumberland qazma çuxuru) saponit ehtiva edir, ehtimal olunan kvars izləri ilə də əhəmiyyətli amorf material ehtiva edir [Vaniman et al., 2014 [. Portage torpağında kristal filosilikatlar yox idi [Bish et al., 2013 [. Bu məlumatdan təmiz olivin və saf amorf komponentdən başlayaraq olivin, amorf komponent və ana süxur kimya qarışıqlarına qədər müxtəlif mineral qarışıqları çıxarmaq üçün istifadə edirik.

CHIM-XPT verilənlər bazamızda aşağıdakı təbəqə silikatlarından istifadə edirik: kaolinit qrupundan talk (Mg, Mg-Al, Fe son üzvlər) pirofilit, xlorit qrupu klinokloru, dafnit, Mn-klorit, Al-xlorit kaolinit qrupundan, illite smektit qrupundan montmorillonit (Na, K, Mg, Ca son üzvləri) beidellite (H, Na, K, Mg, Ca son üzvləri), nontronit (H, Na, K, Mg, Ca, Fe son üzvləri) və serpantin (antigorit, xrizotil, greenalite). Kaolinitdən başqa kaolinit qrup mineralının olmadığını, məsələn, vermikulit, saponit və hektoritin məlumat bazamızda olmadığını qeyd edirik. Modellərimizin təfsirində nontronit Fe 3+ gil və Fe 2+ gili kimi xloritin daphnite son üzvləri kimi xidmət edir. W / R-yə qarşı mineral bolluğu sahələrimizdə xloritin birləşdirilmiş son üzvlərini təsvir edirik. Aşağı temperaturlarda əmələ gəlməsi bilinməyən fazalar qaçışlardan kənarlaşdırıldı, bunlara qranat, amfibollar və piroksenlər, həmçinin yüksəkT mika.

Yuxarıda göstərildiyi kimi, başlanğıc mayenin redoks şərtləri və həll olunan süxurdakı redoks şərtləri barədə bir sıra fərziyyələrdən istifadə edirik. Bu fərziyyələrdəki Fe 2+ / Fe 3+ 'un qeyri-müəyyənliyini və termokimyəvi verilənlər bazasının bütün mümkün təbii mineral birləşmələrinə nisbətən mütləq məhdud olmasını nəzərə alaraq, müşahidə edilənlər üçün ən yaxşı kimyəvi uyğunluğu modelləşdirdik. gillər. Beləliklə, çalışmalarımızda, nontronit & # x02009 + & # x02009xlorit birləşməsini müəyyənləşdirdiyimiz gilə kimyəvi bir analog kimi götürürük. Vaniman et al. [2014 [XRD məlumatları ilə. Bu fazalar düşündüyümüz aşağı temperatur, diagenetik mühit tipi ilə əlaqəlidir [məs., de Caritat et al., 1993 [baxmayaraq ki, qarışıq təbəqəli gillər kimi meydana gələ bilər [Ryan və Reynolds, 1997 [. Modeldəki bütün fillosilikatlar, ağırlıqlı orta tərkibi ilə gil kimyasını əldə etmək üçün əlavə olunur. Hesablanmış kompozisiyaları naxlit Martian meteoritlərində müşahidə olunan dəmir fillosilikatlarla da müqayisə edirik [Changela və Körpülər, 2010 Hicks et al., 2014 [və yerüstü, qrafit analoqu [Treiman et al., 2014[.

Karbonatlar CheMin tərəfindən aşkarlanmadı [Vaniman et al., 2014 [baxmayaraq ki, quyu cərimələrinin SAM analizi potensial bir karbonat varlığına işarə etsə də [Ming et al., 2014 [. Martian meteorit <"type": "entrez-protein", "attrs": <"text": "ALH84001", "term_id": "937293154", "term_text": "ALH84001" >> ALH84001 karbonat orta hesabla ilk 1 & # x02009 km Mars qabığının, Bridges et al. [2001 [, bərabər bir CO hesabladı2 qismən təzyiq 185 & # x02009mbar və buna görə də qədim Marsla əlaqəli mümkün atmosfer təzyiqi. Buna görə CO-nun təsirini yoxlamaq2 daxil olan mayedə həll olunduqda, Portage torpağı 185 & # x02009mbar CO ilə bərabərləşdirilmiş GPW mayesinə məruz qaldı.2 (0.62 & # x02009 & # x000d7 & # x0200910 & # x022122 & # x02009mol CO2/ kq H2O Cədvəllər & # x02009 2 və & # x200B və 3) 3) bəzi çalışmalarımız üçün. Çünki gillərin ən çox əmələ gəlmə prosesi diagenetikdir [Vaniman et al., 2014 Bristow və digərləri., 2014 [, sistemin atmosferə bağlı olduğunu, yəni CO olmadığını düşünürük2 hər hansı bir karbonat yağışını tarazlaşdırmaq üçün doldurulma mümkün idi.


Təşəkkürlər

Bu əlyazmanın erkən versiyasının aydınlığını xüsusilə yaxşılaşdıran əla rəy üçün T. Bristow'a təşəkkür edirik. Mars Science Laboratory qrup üzvlərinə, xüsusilə CheMin Team-ə Planet Məlumat Sistemi verilənlər bazası yaratmağa sadiq olduqları üçün təşəkkür edirik. E.L.-A. Universidade de Vigo'nun XM-1 qrupuna verilmiş GRC-ED431C 2017/55 (Xunta de Galicia) proqramı tərəfindən dəstəkləndi və A.G.F. Layihə ‘MarsFirstWater’, Avropa Araşdırma Şurası Konsolidator qrant No. 818602.


3 Metodologiya

3.1 Yaş təyini

[10] Yüksək Çözünürlüklü Stereo Kamerada (HRSC,) krater sayımı həyata keçirərək Gale və krater döşəməsi vahidlərinin meydana gəlməsinin model yaşlarını təxmin etdik.

16-20 m / piksel) [Jaumann et al., 2007] və CTX (

6 m / piksel) [Malin et al., 2007] şəkillər. ArcGIS proqramı üçün CraterTools uzantısı istifadə edilərək sayma sahələri eşlendi və kraterlər sayıldı [Kneissl et al., 2011] (Şəkil 3). Mütləq model yaşları Craterstats proqramı istifadə edərək müəyyən edilmişdir [Michael və Neukum, 2010] Mars istehsal funksiyasını tətbiq edir İvanov [2001] və.-Nin xronoloji funksiyası Hartmann və Neukum [ 2001 ].

[11] Gale Kraterinin meydana gəlmə yaşı, kraterin çıxarıldığı krater sayılarına görə qiymətləndirilmişdir. Fərqli olaraq Thomson et al. [2011], vuruş kraterinin ölçüsündən çölə çıxma dərəcəsini qiymətləndirən riyazi bir əlaqə istifadə etmək əvəzinə krater ətrafının teksturalı təhlili ilə çöp yorğanının dərəcəsini təyin etdik. Bizim yanaşmamız, əslində çöldə deyil, zirzəmidə olan kraterlərin sayılmasının qarşısını almaqdır. Beləliklə, atma yorğanının sahəsi əvvəlki araşdırmada təyin olunduğundan daha kiçik görünür Thomson et al. [2011]. Kraterdən cənub-şərqdə yerləşən (Şəkil 3a) flyuvial və aeoliya deqradasiyasından ən yaxşı qorunub saxlanan ejektura üzərində krater sayımları apardıq.

3.2 Geoloji Xəritəçəkmə

[12] Geoloji xəritələşdirməmizi CTX və HiRISE-nin görünən və infraqırmızı şəkillərinin analizinə (25-32 sm / piksel, McEwen et al., 2007) Mars Reconnaissance Orbiter-də olan alətlər. Topoqrafik məlumatlar hüceyrə ölçüsü 50 m olan HRSC ızgaralı Rəqəmsal Yüksəklik Modelindən (DEM) əldə edilmişdir [Gwinner et al., 2010]. ArcGIS-də bu HRSC DEM istifadə edərək bir yamac xəritəsini işlətdik (şəkil 2d). Geoloji vahidlər və relyef formaları yerləşdikləri yerə, fiziki xüsusiyyətlərinə (yəni yüksəklik, yamac, ton, təbəqələşmə və çökmə quruluşlarına), eroziya qanunauyğunluqlarına (yəni yardanglar, kanallar və dünlər) və son zamanlarda çıxarılan mineralogik tərkibə görə müəyyən edilmişdir. tədqiqatlar [yəni, Milliken et al., 2010 Thomson et al., 2011]. Gale Krateri əvvəlki tədqiqatlarda geoloji vahidlərin də ilk növbədə geomorfoloji xüsusiyyətləri və / və ya mineralogik tərkibi əsasında seçildiyi xəritələnmişdir [Anderson və Bell, 2010 Milliken et al., 2010 Thomson et al., 2011]. Bizim yanaşmamız əvvəlki işlərdən fərqlənir ki, bu geoloji vahidlər arasındakı məkan və zamandakı stratiqrafik uyğunluq HRSC DEM-dən çəkilmiş topoqrafik profillər əsasında Gale vasitəsilə şərhçi kəsişmələr qurularaq yoxlanılmışdır. Ayrıca, xəritəmiz bütün kraterdə hazırlanmışdır və yalnız Aeolis Mons və yalnız MSL açılış sahəsi ilə məhdudlaşmır.

[13] Bu xəritəyə əsasən, sərhədləri və təsviri baxımından əvvəlki tədqiqatlardan fərqli olan geoloji vahidləri ayırd edirik. Cədvəl 1 əvvəlki tədqiqatlarla müqayisədə bu işdə təsvir olunan geoloji vahidlərin adlarını təqdim edir.

Bu iş Anderson və Bell [ 2010 ] Thomson et al. [ 2011 ] Milliken et al. [ 2010 ]
Krater döşəmə bölmələri
Fan şəklində çöküntülər - - -
Krater döşəmə bölmələri 2-4 Bölünməmiş material - -
Krater döşəməsi 1 Höyük süpürgə vahidi, Bölünməmiş material Aşağı höyük marginal 1-2 ədəd -
Laylı yataqlar - - -
Aeolis Mons vahidləri
Caprock vahidi - Yuxarı kurqan laylı 2 vahid, Yuxarı kurqan 2 vahid tabe edildi -
Dəzgah Yuxarı kurqan Yuxarı kurqan 1-2 ədəd laylıdır Yuxarı formasiya
Kiçik həyətlər bölməsi 2 Tünd tonlu laylı yardangs, Yuxarı kurqan Yuxarı kurqan laylı 3 vahid, Yuxarı kurqan laylı 3 vahid, Yuxarı kurqan hamar düzənliklər 1 vahid, Aşağı kurqan şərq laylı vahid Yuxarı formasiya
Kobud yardangs vahidi Yüngül tonlu yardanglar Yuxarı kurqan 1-3 ədəd həkk olunmuşdur Yuxarı formasiya
Kütləvi israf yataqları Lobat xüsusiyyətləri, Bölünməmiş material Aşağı kurqanın tabe edildiyi knobby vahidi, yuxarı kurqanın tabe edildiyi laylı 1 vahid, alt kurqanın knobby vahidi, alt kurqanın mantiyalı vahidi -
Kiçik yardangs vahidi 1 Tünd rəngli qatlı yardangs Aşağı kurqan 1-3 vahid, alt kurqan ram edilmiş 3 vahid, alt kurqan şərq laylı vahidi, alt kurqan embeded vahidi, yuxarı kurqan laylı həkk olunmuş vahid, yuxarı kurqan həkk olunmuş vahid 4, yuxarı kurqan laylı 4 vahid Aşağı formasiya
Zirzəmi və yamac çöküntüləri - Yuxarı kurqanın dağ vahidi, Yuxarı kurqanın xaotik vahidi, Aşağı kurqanın kənar hissəsinin 3 vahidi -

3.3 Həndəsi Ölçmələr

[14] Həndəsi ölçmələr, NASA Ames Stereo Boru Kəməri istifadə edərək HiRISE stereo cüt şəkillərindən əldə edilən HiRISE DEM-lərə əsaslanır [Moratto et al., 2010 Broxton və Edwards, 2008]. HiRISE DEM-lər, məkan həllinə çata bilər

1 m / piksel, alt nümunə götürülmüşdür (iki xana, yəni.

50 sm / piksel) istənilən qətnaməyə qarşı işləmə müddətini optimallaşdırmaq üçün. Qalınlıq ölçmələri ilə əlaqəli pikseldən pikselə yüksəlmədə faktiki səhv təxminən 1 dm olduğu təxmin edilir. DEM-lər HRSC ilə müqayisə edilmiş və daimi ofset üçün tənzimlənmişdir. HiRISE subampled DEM-lərin yerləri və bunlara uyğun stereo cüt şəkillər Cədvəl 2-də verilmişdir.

Vahid / Sayt Yer Orta daldırma dəyəri (± σ) Layer qalınlığı üçündür HiRISE Stereo Cütlük
Kiçik yardangs vahidi (şərq ərazisi) 138.5 ° E, 5.2 ° S. 2.75 ° N ± 0.89 ° 1.1-31 m ESP_016375_1750 ESP_016520_1750
Kiçik yardangs vahidi (qərb sahəsi) 137.4 ° E, -4.8 ° S 2.71 ° NW ± 1.11 ° 0.4-17.3 m PSP_009149_1750 PSP_009294_1750
Kiçik yardangs vahidi (cənub sahə) 138.3 ° E, 5.5 ° S. 3.1 ° SE ± 1.20 ° 1.2-26.3 m ESP_014186_1745 ESP_020410_1745
Kobud yardangs vahidi 137.4 ° E, 4.9 ° S 8.5 ° SW ± 0.71 ° 0,02–8,1 m PSP_009149_1750 PSP_009294_1750
Dəzgah 137.7 ° E, 4.9 ° S. 6.83 ° NW ± 1.94 ° 0.01-5.8 m PSP_008002_1750 PSP_009927_1750

[15] Layer qalınlığı, hər görünən təbəqənin ArcGIS proqramından istifadə edərək müxbir HiRISE DEM-lərdəki transeksiyalar boyunca ortorektifikasiya olunmuş HiRISE şəkillər üzərində qurulması yolu ilə hesablandı (Rəqəmlər 4a-4c). Nəticədə, iki məlumat nöqtəsi arasındakı yüksəklik fərqini hesablayaraq təbəqələrin və ya təbəqələrin qatı görünən qalınlığını əldə etdik. Qatların görünən qalınlığının qatılıqlarının həqiqi qalınlığına bərabər olduğunu düşündük, çünki dipləri ümumiyyətlə azdır (& lt

[16] Laylaşdırma münasibətləri, Orion proqramı (© Pangea Scientific) istifadə edilərək, açıq təbəqə boyunca ayrı-ayrılıqda yerləşdirilmiş nöqtələri nümunə götürmək üçün bir təyyarə yerləşdirilərək ölçüldü (Şəkil 4d). Metodologiya ətraflı şəkildə müzakirə olunur Fueten və s. [2005a, 2005b]. Göstərilən bütün qat ölçüləri üçün daldırma xətası mütləq daldırma dəyərindən azdır, buna görə simvollar həqiqi daldırma istiqamətini göstərir.


Avstraliyadan olan həvəskar astronom Walter F. Gale (1865-1945) adına olan Gale, 154 km (96 mil) diametrdə uzanır və geoloq Robert P-yə hörmət göstərmək üçün Aeolis Mons (qeyri-rəsmi olaraq "Sharp Dağı" adını daşıyan bir dağa sahibdir. Kəskin) kraterin döşəməsindən 5500 m (5500 m) yüksələn, Rainier Dağı Seattleın üstündən daha yüksəkdir. Gale təxminən Connecticut və Rhode Island ölçüsündədir.

Krater, erkən tarixində, təxminən 3,5 - 3,8 milyard il əvvəl bir asteroid və ya kometa Marsı vurduqda meydana gəldi. Çarpıcı ərazidəki bir deşiyi vurdu və sonrakı partlayış kraterin ətrafına düşən qayaları və torpağı atdı. Mərkəzi kurqandakı lay (Aeolis Mons) geniş çöküntülər ardıcıllığının qalıq olduğunu göstərir. Bəzi elm adamları çöküntülərlə dolu kraterin və zaman keçdikcə amansız Mars küləklərinin Aeolis Mons-u oyduğunu düşünürlər və bu gün Gale döşəməsindən 5.5 km (3.4 mil) yuxarıda - Böyük Kanyonun dərinliyindən üç dəfə yüksəkdir. [18]

Alimlər Gale üçün açılış yeri olaraq seçdilər Maraq çünki suyun tarix boyu mövcud olduğunu göstərən bir çox əlamət var. Kraterin geologiyası, müxtəlif şəraitdə suda əmələ gələn və keçmiş həyat əlamətlərini qoruya bilən həm gillər, həm də sulfat mineralları ilə diqqət çəkir. Gale'deki suyun tarixi, qayalarında yazıldığı kimi verir Maraq Marsın mikroblar üçün yaşayış yeri ola biləcəyini bir araya gətirərək araşdırmaq üçün bir çox ipucu. Gale, keçmişdə göl səviyyələri haqqında məlumat verən bir sıra pərəstişkarları və deltaları ehtiva edir: Pancake Delta, Western Delta, Farah Vallis delta və Peace Vallis Fan. [19]

Kraterin geoloji xəritəsini hazırlamaq üçün Orbital MÖVZUSU və topoqrafiya məlumatları, üstəlik görünən və infraqırmızı şəkillər istifadə edilmişdir. KRİZM məlumatları alt skamyanın interstratifikasiya olunmuş gil və sulfatlardan ibarət olduğunu göstərir. Curiosity, Bradbury Qrupu və üzərində yerləşən Sharp Dağı Qrupundan ibarət kraterin stratiqrafiyasını araşdırdı. Bradbury Qrupundakı formasyonlara Yellowknife və Kimberley daxildir, Murray Formation isə Mount Sharp Group-un bazasında. Bradbury Qrupu, flüvial konqlomeratlar, çarpayı yataqlı qumdaşı və bazalt sübutunu əks etdirən palçıq daşlarından ibarətdir. Qumdaşı klinoformları deltaik çöküntüləri göstərir. Murray Formation, baza bir konqlomerat olduğu halda, çarpaz yataqlı və ya klinform formalı qumdaşı ilə örtülmüş laminat bir palçıq daşdır. Beləliklə, formasyonun flüvial-deltaik ilə bitişik bir göl mühitində çökdüyü şərh olunur. Murray formasiyası gil və sulfat qatlı təbəqələrlə örtülmüşdür. [20]

Gale'nin qeyri-adi bir xüsusiyyəti rəsmi olaraq Aeolis Mons adı verilən mərkəzi zirvəsi ətrafında böyük bir "çöküntü dağıntıları" [21] [5] [6] (xalq arasında "Sharp Dağı" [22] [23]) olaraq 5.5 km qalxmışdır. (18,000 ft) above the northern crater floor and 4.5 km (15,000 ft) above the southern crater floor—slightly taller than the southern rim of the crater itself. The mound is composed of layered material and may have been laid down over a period of around 2 billion years. [3] The origin of this mound is not known with certainty, but research suggests it is the eroded remnant of sedimentary layers that once filled the crater completely, possibly originally deposited on a lakebed. [3] Evidence of fluvial activity was observed early on in the mission at the Shaler outcrop (first observed on Sol 120, investigated extensively between Sols 309-324). [24] Observations made by the rover Curiosity at the Pahrump Hills strongly support the lake hypothesis: sedimentary facies including sub mm-scale horizontally-laminated mudstones, with interbedded fluvial crossbeds are representative of sediments which accumulate in lakes, or on the margins of lakes which grow and contract in response to lake-level. [25] [26] These lake-bed mudstones are referred to as the Murray Formation, and form a significant amount of the Mount Sharp group. The Siccar Point group (named after the famous unconformity at Siccar Point) overlies the Mount Sharp group, [27] and the two units are separated by a major unconformity which dips toward the North. [28] At present, the Stimson formation is the only stratigraphic unit within the Siccar Point group which has been investigated in-detail by Curiosity. The Stimson formation represents the preserved expression of a dry aeolian dune field, where sediment was transported towards the north, or northeast by palaeowinds within the crater. [29] [30] In the Emerson plateau area (from Marias Pass, to East Glacier), the outcrops are characterised predominantly by simple cross-sets, deposited by simple sinuous-crested dunes, with heights up to

10 m. [29] To the south, at the Murray buttes, the outcrop are characterised by compound cross-sets, with a hierarchy of bounding surfaces migration of small dunes superimposed on the lee-slope of a large dune known as a "draa". [30] These draas have estimates heights of

40 m, and migrated toward the north, while superimposed dunes migrated toward the east-northeast. [30] Further to the south, at the Greenheugh pediment, compound and simple cross-sets consistent with aeolian depositional processes have been observed in the pediment capping unit. [31]

Observations of possible cross-bedded strata on the upper mound suggest aeolian processes, but the origin of the lower mound layers remains ambiguous. [32]

In February 2019, NASA scientists reported that the Mars Curiosity rover determined, for the first time, the density of Mount Sharp in Gale, thereby establishing a clearer understanding of how the mountain was formed. [33] [34]

Numerous channels eroded into the flanks of the crater's central mound could give access to the layers for study. [3] Gale is the landing site of the Curiosity rover, delivered by the Mars Science Laboratory spacecraft, [36] which was launched 26 November 2011 and landed on Mars inside the crater Gale on the plains of Aeolis Palus [37] on 6 August 2012. [38] [39] [40] [41] Gale was previously a candidate landing site for the 2003 Mars Exploration Rover mission, and has been one of four prospective sites for ESA's ExoMars. [42]

In December 2012, scientists working on the Mars Science Laboratory mission announced that an extensive soil analysis of Martian soil performed by Curiosity showed evidence of water molecules, sulphur and chlorine, as well as hints of organic compounds. [43] [44] [45] However, terrestrial contamination, as the source of the organic compounds, could not be ruled out.

On September 26, 2013, NASA scientists reported that Curiosity detected "abundant, easily accessible" water (1.5 to 3 weight percent) in soil samples at the Rocknest region of Aeolis Palus in Gale. [46] [47] [48] [49] [50] [51] In addition, the rover found two principal soil types: a fine-grained mafic type and a locally derived, coarse-grained felsic type. [48] [50] [52] The mafic type, similar to other martian soils and martian dust, was associated with hydration of the amorphous phases of the soil. [52] Also, perchlorates, the presence of which may make detection of life-related organic molecules difficult, were found at the Curiosity landing site (and earlier at the more polar site of the Phoenix lander) suggesting a "global distribution of these salts". [51] NASA also reported that Jake M rock, a rock encountered by Curiosity on the way to Glenelg, was a mugearite and very similar to terrestrial mugearite rocks. [53]

On December 9, 2013, NASA reported that, based on evidence from Curiosity studying Aeolis Palus, Gale contained an ancient freshwater lake which could have been a hospitable environment for microbial life. [54] [55]

On December 16, 2014, NASA reported detecting, by the Curiosity rover at Gale, an unusual increase, then decrease, in the amounts of methane in the atmosphere of the planet Mars in addition, organic chemicals were detected in powder drilled from a rock. Also, based on deuterium to hydrogen ratio studies, much of the water at Gale on Mars was found to have been lost during ancient times, before the lakebed in the crater was formed afterwards, large amounts of water continued to be lost. [56] [57] [58]

On October 8, 2015, NASA confirmed that lakes and streams existed in Gale 3.3 to 3.8 billion years ago delivering sediments to build up the lower layers of Mount Sharp. [59] [60]

On June 1, 2017, NASA reported that the Curiosity rover provided evidence of an ancient lake in Gale on Mars that could have been favorable for microbial life the ancient lake was stratified, with shallows rich in oxidants and depths poor in oxidants and, the ancient lake provided many different types of microbe-friendly environments at the same time. NASA further reported that the Curiosity rover will continue to explore higher and younger layers of Mount Sharp in order to determine how the lake environment in ancient times on Mars became the drier environment in more modern times. [61] [62] [63]

On August 5, 2017, NASA celebrated the fifth anniversary of the Curiosity rover mission landing, and related exploratory accomplishments, on the planet Mars. [64] [65] (Videos: Curiosity 's First Five Years (02:07) Curiosity 's POV: Five Years Driving (05:49) Curiosity 's Discoveries About Gale Crater (02:54))

On June 7, 2018, NASA's Curiosity made two significant discoveries in Gale. Organic molecules preserved in 3.5 billion-year-old bedrock and seasonal variations in the level of methane in the atmosphere further support the theory that past conditions may have been conducive to life. [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] It is possible that a form of water-rock chemistry might have generated the methane, but scientists cannot rule out the possibility of biological origins. Methane previously had been detected in Mars' atmosphere in large, unpredictable plumes. This new result shows that low levels of methane within Gale repeatedly peak in warm, summer months and drop in the winter every year. Organic carbon concentrations were discovered on the order of 10 parts per million or more. This is close to the amount observed in Martian meteorites and about 100 times greater than prior analysis of organic carbon on Mars' surface. Some of the molecules identified include thiophenes, benzene, toluene, and small carbon chains, such as propane or butene. [66]

On November 4, 2018, geologists presented evidence, based on studies in Gale by the Curiosity rover, that there was plenty of water on early Mars. [74] [75] In January 2020, researchers have found certain minerals, made of carbon and oxygen, in rocks at Gale Crater, which may have formed in an ice-covered lake during a cold stage between warmer periods, or after Mars lost most of its atmosphere and became permanently cold. [76]

On November 5, 2020, researchers concluded based on data observed by Curiosity rover that Gale crater experienced megafloods which occurred around 4 billion years ago, taking into consideration antidunes reaching the height of 10 metres (33 ft), which were formed by flood waters at least 24 metres (79 ft) deep with a velocity of 10 metres (33 ft) per second. [77]


Rewriting the geologic history of Mars one megaflood at a time

Title: Deposits from giant floods in Gale crater and their implications for the climate of early Mars (Nature, open access)
Müəlliflər: E. Heydari, J. F. Schroeder, F. J. Calef, J. Van Beek, S. K. Rowland, T. J. Parker & A. G. Fairén
First author affiliation: Department of Physics, Atmospheric Sciences, and Geoscience, Jackson State University

Thanks to the 8-year trek of NASA’s intrepid Curiosity Rover (Fig. 1), Gale Crater is arguably the best-studied place on Mars. The crater has had a tumultuous history – it’s been filled to the brim with rock, then hollowed out again by wind to form a hill at its center, known as Mt. Sharp. It has housed small lakes and had parts of its rim destroyed by rivers. However, to fully understand Gale’s place in Mars’ potentially habitable past, these snapshots aren’t enough. Rover images show tantalizing hints of ancient water inside Gale crater perhaps a billion years before the most recent lakes, and where there was liquid water, there might have been promise for life. But life doesn’t just appear on a planet overnight! For an environment to go from habitable to inhabited takes time. So, how long did wet conditions last in Gale? So far there’s been an air of cautious optimism, but the re-examination of the rocks in Gale crater in today’s paper stands to turn everything we thought we knew about Gale’s history on its head.

Figure 1. Location of the Curiosity Rover (alongside every other landed mission!) and Gale Crater on Mars. Image credit: NASA/JPL-Caltech

In the conventional version of Gale’s sedimentological story, rivers washed sand and pebbles and from the crater rim down into a lake over hundreds or thousands of years. Only the fast-moving water in rivers can carry sand and pebbles downstream, so when a lake stops a river in its tracks, all the rocks, sand and mud fall to the bottom, forming deltas. The Earth is covered in deltas like the Bengal Fan off the coast of India, and the Mississippi delta in the Gulf of Mexico, so we have a good idea of what the rocks left behind by deltas look like. As lake levels change, repeating patterns of lake mud, sand, and pebbles build up. These are brought back to the surface (where rovers can see them) when the material above them is removed by wind (think slow-motion sandblasting!). If Gale’s rocks formed in a delta, it would suggest a long-lived warm, wet climate, which would be very promising for scientists searching for traces of life on Mars. Unfortunately, rocks in unexpected orders, mud and sand in the wrong places, and mysterious ridges (Fig. 1) fly in the face of this delta story, and there hasn’t yet been a satisfying explanation as to why.

Figure 2. Mysterious ridges and layered sedimentary rocks inside Gale Crater as shown in photographs taken both from orbit and by the Curiosity Rover on Mars’ surface – note the rover traverse marked in red in the first panel! HPU is the Hummocky Plains Unit, the rocks that form the ridges marked in blue. SU is the Striated Unit, the layered rocks overlying the ridges and HPU marked in yellow. Adapted from Heydari et al. figures 1-3.

Instead of comparing Gale’s rocks to calm lake and river environments, where sand and gravel accumulate slowly in rivers and lakes, the authors of today’s paper noticed similarities between the appearance of rock within Gale and rocks left behind by the most dramatic flooding events the Earth has ever seen – megafloods! These catastrophic events were generated by the sudden melting of enormous ice caps that used to cover the northern hemisphere (Fig. 3)!

Figure 3. The landscape of ridges observed by the Curiosity Rover inside Gale Crater (Mars), compared with the flood-scarred terrain of the Channeled Scablands in Washington, USA. Planetary scientists and geologists use comparisons like this (alongside other evidence like chemistry, and detailed measurements of the extents and orientations of different layers of rock) to try and understand the environments that may have existed in Mars’ distant past. Image credit: Gale – NASA/JPL-Caltech, Channeled Scablands – NOAA Photo Library: corp1000

Today’s authors propose a single, catastrophic flood with roiling waters 24 meters (72 feet) deep which left behind enormous ripples, hundreds of meters wide (Figs. 2 & 4), like those observed in Washington’s Channeled Scablands (Fig. 3). Gale’s perplexing pattern of pebbly ridges (Fig 2.) is one of the features the delta hypothesis struggles most to explain, and formation in deep, fast-flowing floodwaters (Fig. 4) is an elegant (if terrifying) alternative.

Figure 4. A cartoon showing how the ridges and layered rocks observed in Gale Crater (Fig. 2) could have formed during an intense flooding event. Adapted from Heydari et al. figure 8.

But where could all this water have come from, and so suddenly? To explain how a lake could exist for thousands of years on Mars, planetary scientists often suggest a thicker past atmosphere with a mixture of greenhouse gasses like water vapor and methane released by volcanoes. The authors of today’s paper propose a more dramatic explanation. While volcanic eruptions take a long time to change the atmosphere, giant asteroid impacts can radically change a planet’s climate by providing an instant injection of heat into the atmosphere. This heat could have been enough to melt – and even evaporate – glaciers all over Mars, forming rivers, kickstarting rainfall, and releasing methane trapped in Martian permafrost for an extra warming kick. However, climates caused by asteroid impacts can’t last. So, while they might be able to generate lots of liquid water through melting ice caps and rainfall, the water might only stick around for a few months – not nearly long enough for life to get established!

The jury is still out on whether deltas or megafloods fit Gale’s geology best, but how scientists choose to interpret these rocks could rewrite Mars’ history, and completely change our search for life on the red planet. The difference between the two theories could be the difference between a Mars that spent hundreds of millions of years warm, wet, and with promise for life, and a cold, dry Mars where brief snippets of habitable conditions occurred only at the whim of giant asteroid impacts.

Edited by: Laila Linke

Featured image credit:NASA/JPL-Caltech


Spacecraft exploration

Numerous channels eroded into the flanks of the crater's central mound could give access to the layers for study. [3] Gale is the landing site of the Curiosity rover, delivered by the Mars Science Laboratory spacecraft, [26] which was launched 26 November 2011 and landed on Mars at Gale crater on the plains of Aeolis Palus [27] on 6 August 2012. [28] [29] [30] [31] Gale was previously a candidate landing site for the 2003 Mars Exploration Rover mission, and has been one of four prospective sites for ESA's ExoMars. [32]

In December 2012, scientists working on the Mars Science Laboratory mission announced that an extensive soil analysis of Martian soil performed by Curiosity showed evidence of water molecules, sulphur and chlorine, as well as hints of organic compounds. [33] [34] [35] However, terrestrial contamination, as the source of the organic compounds, could not be ruled out.

On September 26, 2013, NASA scientists reported that Curiosity detected "abundant, easily accessible" water (1.5 to 3 weight percent) in soil samples at the Rocknest region of Aeolis Palus in Gale. [36] [37] [38] [39] [40] [41] In addition, the rover found two principal soil types: a fine-grained mafic type and a locally derived, coarse-grained felsic type. [38] [40] [42] The mafic type, similar to other martian soils and martian dust, was associated with hydration of the amorphous phases of the soil. [42] Also, perchlorates, the presence of which may make detection of life-related organic molecules difficult, were found at the Curiosity landing site (and earlier at the more polar site of the Phoenix lander) suggesting a "global distribution of these salts". [41] NASA also reported that Jake M rock, a rock encountered by Curiosity on the way to Glenelg, was a mugearite and very similar to terrestrial mugearite rocks. [43]

On December 9, 2013, NASA reported that, based on evidence from Curiosity studying Aeolis Palus, Gale contained an ancient freshwater lake which could have been a hospitable environment for microbial life. [44] [45]

On December 16, 2014, NASA reported detecting, by the Curiosity rover at Gale Crater, an unusual increase, then decrease, in the amounts of methane in the atmosphere of the planet Mars in addition, organic chemicals were detected in powder drilled from a rock. Also, based on deuterium to hydrogen ratio studies, much of the water at Gale Crater on Mars was found to have been lost during ancient times, before the lakebed in the crater was formed afterwards, large amounts of water continued to be lost. [46] [47] [48]

On October 8, 2015, NASA confirmed that lakes and streams existed in Gale crater 3.3 - 3.8 billion years ago delivering sediments to build up the lower layers of Mount Sharp. [49] [50]