کشف اولین کانی لعل در شهاب‌سنگ مریخی؛ نشانه‌ای از آب و دگرگونی باستانی

برای دهه‌ها، دانشمندان سیاره‌ای برای مطالعه سیاره سرخ به یک سیستم تحویل نادر متکی بوده‌اند: شهاب‌سنگ‌هایی که در اثر برخوردهای باستانی از سطح مریخ پرتاب شده و در نهایت به زمین سقوط می‌کنند. در میان این قطعات کیهانی، سنگی ۴.۴ میلیارد ساله معروف به شمال غرب آفریقا (NWA) 8171 مدت‌هاست که به دلیل ترکیب پیچیده و درهم‌آمیخته‌اش ارزشمند شمرده می‌شود. اکنون، محققان چیزی کاملاً بی‌سابقه را در دل ساختار باستانی آن یافته‌اند.[1]

هنگام بررسی برشی از NWA 8171 که در موزه سلطنتی انتاریو در تورنتو نگهداری می‌شود، تیمی به رهبری تانیا کیزوفسکی، دانشمند علوم زمین در دانشگاه براک، متوجه یک امضای شیمیایی غیرعادی شد. این خرده‌سنگ (Clast) کوچک و تیره رنگ در ابتدا به نظر می‌رسید که پیروکسن باشد، یک کانی سیلیکاتی که در نمونه‌های مریخی بسیار رایج است.[2]

با این حال، بررسی مجدد با استفاده از طیف‌سنجی لیزری تخصصی، یک شوک زمین‌شناسی را آشکار کرد. این کانی پیروکسن نبود، بلکه لعل (Garnet) بود—به طور خاص، نوعی غنی از آهن معروف به آندرادیت. این اولین باری است که کانی لعل به طور قطعی در یک شهاب‌سنگ مریخی شناسایی می‌شود، کشفی که درک ما از پوسته باستانی این سیاره را به چالش می‌کشد.[1][4]

در زمین، کانی لعل به طور گسترده‌ای به عنوان سنگ تولد ماه ژانویه با رنگ قرمز تیره شناخته می‌شود، جواهری که مورد علاقه ویکتوریایی‌ها و مصریان باستان بوده است. اما برای زمین‌شناسان، لعل چیزی فراتر از یک قطعه جواهر است؛ این یک کانی «سنگ بنا» است که به عنوان یک بایگانی زمین‌شناسی بسیار بادوام عمل می‌کند.[3][5]

کانی‌های لعل ارزشمند هستند زیرا به عنوان فشارسنج‌های زمین‌شناسی (Geobarometers) و دماسنج‌های زمین‌شناسی (Geothermometers) طبیعی عمل می‌کنند. آنها تنها تحت ترکیبات بسیار خاصی از گرمای شدید، فشار زیاد و محیط‌های شیمیایی متمایز متبلور می‌شوند. با تجزیه و تحلیل ساختار یک لعل، دانشمندان می‌توانند به طور مؤثر شرایط دقیق زیرزمینی را که در لحظه تولد آن وجود داشته، مهندسی معکوس کنند.[1][3]

وجود کانی لعل در یک سنگ مریخی، یک معمای فوری و جذاب را مطرح می‌کند. در زمین، سنگ‌های دگرگونی—آنهایی که بدون ذوب شدن، توسط گرما و فشار تغییر شکل داده‌اند—معمولاً در اعماق پوسته و توسط نیروهای فرسایشی تکتونیک صفحه‌ای شکل می‌گیرند. قاره‌ها با هم برخورد می‌کنند، کوه‌ها به سمت بالا رانده می‌شوند و اصطکاک عظیم سنگ‌های اطراف را می‌پزد.[4][5]

با این حال، مریخ فاقد تکتونیک صفحه‌ای فعال است. پوسته آن یک پوسته واحد و بدون شکستگی است، به این معنی که سازوکارهای سنتی زمینی برای ایجاد کانی‌های دگرگونی در آنجا وجود ندارند. یافتن لعل در یک نمونه مریخی نشان می‌دهد که سیاره سرخ در گذشته دور خود، دارای موتورهای زمین‌شناسی جایگزین و بسیار پرانرژی بوده است.[1][4]

محققان دو سازوکار اصلی را پیشنهاد می‌کنند که می‌توانستند گرمای و فشار لازم را در یک دنیای از نظر تکتونیکی مرده ایجاد کنند. اولین مورد، فعالیت ماگمایی عمیق است. میلیاردها سال پیش، ستون‌های عظیم ماگمای در حال صعود می‌توانستند به پوسته مریخ نفوذ کنند، سنگ‌های اطراف را بپزند و دگرگونی موضعی را آغاز کنند.[2][3]

احتمال دوم، و شاید چشمگیرتر، دگرگونی شوکی ناشی از برخورد فاجعه‌بار یک شهاب‌سنگ است. هنگامی که سیارک‌های عظیم به مریخ اولیه برخورد کردند، انرژی جنبشی منتقل شده به پوسته، فشار و گرمای آنی و شدیدی ایجاد می‌کرد که بستر سنگی را به سرعت می‌پخت و به طور بالقوه کانی‌های لعل را در پی آن شکل می‌داد.[4]

نوع خاص کانی لعل کشف شده—آندرادیت—لایه متقاعدکننده دیگری به این معما می‌افزاید. برخلاف کانی‌های لعل آلماندین قرمز تیره که در برخوردهای قاره‌ای زمین رایج هستند، آندرادیت معمولاً زرد یا سبز است. مهم‌تر از آن، در زمین، آندرادیت اغلب در محیط‌های گرمابی معروف به اسکارن (Skarns) تشکیل می‌شود، جایی که آب جوشان و غنی از مواد معدنی با سنگ‌های اطراف واکنش می‌دهد.[1][4]

اگر این آندرادیت مریخی از طریق فرآیندهای گرمابی مشابه شکل گرفته باشد، شواهد وسوسه‌انگیزی برای وجود سیستم‌های آب گرم باستانی که در پوسته مریخ جریان داشته‌اند، ارائه می‌دهد. چنین محیط‌هایی توسط زیست‌شناسان فضایی که به دنبال شرایطی برای حمایت از حیات میکروبی اولیه هستند، به عنوان مکان‌های اصلی در نظر گرفته می‌شوند.[4][5]

خود سنگ میزبان، NWA 8171، از این فرضیه غنی از آب حمایت می‌کند. این سنگ یک برش پلی‌میکت (Polymict Breccia) است—ترکیبی رسوبی از انواع مختلف سنگ‌ها—که با شهاب‌سنگ معروف «زیبای سیاه» (NWA 7034) جفت شده است. این شهاب‌سنگ‌های جفت شده به دلیل داشتن مقدار قابل توجهی آب بومی بیشتر نسبت به نمونه‌های معمولی مریخی مشهور هستند، که اشاره‌ای به مریخ اولیه مرطوب و پویا دارد.[1][5]

با این حال، مانند تمام اکتشافات پیشگامانه، یک هشدار حیاتی وجود دارد. از آنجا که NWA 8171 یک برش است که از بقایای یک برخورد باستانی تشکیل شده، دانشمندان نمی‌توانند منشأ «فرا مریخی» کانی لعل را به طور کامل رد کنند.[1]

کاملاً ممکن است که این کانی لعل اصلاً در مریخ شکل نگرفته باشد. در عوض، ممکن است در داخل یک سیارک که میلیاردها سال پیش به سطح مریخ برخورد کرده، به سیاره سرخ حمل شده باشد. بقایای خرد شده آن برخوردکننده می‌توانستند در خاک مریخ گنجانده شوند، و سپس ۱.۵ میلیارد سال پیش توسط یک برخورد بعدی دوباره به فضا پرتاب شده و در نهایت در سال ۲۰۱۳ در صحرای صحرا فرود آمده باشند.[3]

حل این بحث منشأ مستلزم آزمایش ایزوتوپ‌های اکسیژن کانی لعل است، یک امضای شیمیایی که به طور قطعی آن را به مریخ یا یک سیارک خارجی مرتبط می‌کند. با این حال، انجام این کار مستلزم تخریب بخشی از نمونه است. از آنجا که این تنها قطعه شناخته شده از کانی لعل مریخی موجود است، محققان در حال حاضر دست نگه داشته‌اند و منتظر پیشرفت روش‌های تحلیلی غیرمخرب هستند.[2]

حتی با وجود هشدار «فرا مریخی»، این کشف یک شکاف آشکار در دانش سیاره‌ای ما را برجسته می‌کند. تا به امروز، دانشمندان تقریباً ۲۰۰ کانی متمایز را در مریخ شناسایی کرده‌اند، یا از طریق داده‌های مریخ‌نورد یا تجزیه و تحلیل شهاب‌سنگ. در مقابل، زمین تقریباً ۶۰۰۰ کانی شناخته شده دارد.[5]

این اختلاف عظیم تا حدی به دلیل فعالیت‌های بیولوژیکی و تکتونیکی زمین است که به طور مداوم پوسته را به هم می‌زند و اکسید می‌کند تا گونه‌های کانی جدیدی ایجاد شود. اما همچنین تابعی از دسترسی محدود ما به مریخ است. هر کانی جدیدی که در یک شهاب‌سنگ کشف می‌شود، تنوع سنگ‌شناسی شناخته شده سیاره را گسترش می‌دهد و ثابت می‌کند که مریخ از آنچه سطح یخ‌زده کنونی آن نشان می‌دهد، از نظر زمین‌شناسی بسیار پیچیده‌تر بوده است.[1][5]

در حالی که ناسا و آژانس فضایی اروپا مأموریت بازگرداندن نمونه‌های مریخ (Mars Sample Return) را پیش می‌برند، که هدف آن آوردن سنگ‌های بکر از دهانه جزرو (Jezero Crater) به زمین در دهه ۲۰۳۰ است، کشف کانی لعل یک هدف جدید را فراهم می‌کند. دانشمندان اکنون می‌دانند که بایگانی‌های دگرگونی می‌توانند از سفر خشونت‌آمیز خارج شدن از سطح مریخ جان سالم به در ببرند.[3][5]

در حال حاضر، این ذره میکروسکوپی از کریستال زرد-سبز که در موزه‌ای در تورنتو قرار دارد، یادآور عمیقی است که چقدر هنوز باید بیاموزیم. چه توسط ماگمای باستانی مریخ، چه یک برخورد فاجعه‌بار، یا چه توسط یک سیارک سرگردان به آنجا رسیده باشد، این کانی فصل کاملاً جدیدی در داستان ۴.۵ میلیارد ساله همسایه سیاره‌ای ما را نشان می‌دهد.[5]