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Serpentinisation dans l’hémisphère sud martien

La surface de Mars présente de nombreuses traces d’écoulement d’eau liquide. Dans l’hémisphère sud, dont la surface a été peu altérée depuis 4 milliards d’années, on observe des systèmes développés de réseaux de vallée dont il paraît très probable qu’ils ont été creusés par de l’eau liquide. Les spécialistes de géomorphologie planétaire ont établi le fait que ces structures ont nécessité l’écoulement d’une quantité d’eau équivalente à un océan global d’au moins 500 mètres de profondeur (l’océan terrestre contient l’équivalent d’une couche d’eau globale d’eau de 3700 mètres de profondeur). Où est passée cette eau ? Les calottes polaires de Mars ne contiennent pas plus de 30 m d’eau en équivalent global, et les radars en orbite autour de la planète sur Marx-Express et MRO n’ont pas détecté d’eau liquide en profondeur. Il a longtemps été considéré que l’échappement vers l’espace de l’hydrogène et de l’oxygène contenus dans la molécule d’eau peut expliquer cette disparition, mais les modèles récents suggèrent que la perte par échappement depuis la formation des réseaux de vallées n’a pu excéder une quantité équivalente à une couche globale d’eau de seulement quelques mètres d’épaisseur. Dans cet article, les auteurs proposent qu’une grande partie de l’eau impliquée dans la formation des réseaux de vallée est aujourd’hui présente sous forme de minéraux hydratés (en l’occurrence la serpentine) dans la croûte superficielle. La serpentinisation est une réaction qui se produit en présence d’eau chaude circulant au contact de roches ultramafiques (olivine, pyroxène), très abondantes dans le manteau et la croûte terrestre, ainsi que sur les autres planètes telluriques. Dans la croûte très fracturée de Mars, ce mécanisme a pu être très efficace. La serpentinisation se traduit, d’une part par l’oxydation du fer en magnétite (Fe2O3), d’autre part par le piégeage de radicaux OH provenant de la molécule d’eau dans la serpentine. L’oxydation du fer, prélevant des atomes d’oxygène aux molécules d’eau, se traduit par un relâchement d’hydrogène vers l’atmosphère, cet hydrogène s’échappant ensuite vers l’espace. L’isotope lourd de l’hydrogène (le deutérium D) ne s’échappant quasiment pas (contrairement à l’isotope léger H), la serpentinisation se traduit par une augmentation progressive du rapport D/H dans l’atmosphère et les réservoirs d’eau communiquant avec elle (comme les calottes). Dans le même temps, la formation de magnétite résulte dans la création d’un champ magnétique rémanent des roches crustales, à une époque où régnait un champ magnétique global (maintenant disparu). Les auteurs montrent que le rapport D/H actuellement mesuré dans l’atmosphère de Mars, et le champ magnétique crustal mesuré par la sonde Mars Global Surveyor à la fin des années 90, sont compatibles avec le piégeage d’une quantité d’eau de l’ordre de 500 m en équivalent global, équivalente à celle requise pour la formation des réseaux de vallée. L’eau serait ainsi piégée en profondeur dans la serpentine.

Chassefière E., Langlais B., Quesnel, Y., Leblanc F. (2013). « The fate of early Mars’ lost water : the role of serpentinization ». Journal of Geophysical Research, 118 :1-12, doi:10.1002/jgre.20089, 118:1123-1134.


Légende de la figure : Profondeur de la couche magnétisée créée par serpentinisation requise pour expliquer le champ magnétique crustal observé par la sonde Mars Global Surveyor. C’est à partir de cette profondeur que la quantité d’eau nécessaire pour conduire à sa formation a été estimée. Elle est de l’ordre de 500 m en équivalent global, comprise entre 300 m et 1000 m si l’on tient compte des incertitudes