Đá magma ở Jezero kể lại ba lần bị nước biến đổi

Khi Perseverance đến Margin Unit, vùng nằm dọc rìa trong của hồ cổ Jezero, các nhà khoa học chờ đợi những lớp trầm tích từng tích tụ dưới nước. Thứ hiện ra lại là đá magma kết tinh từ vật chất nóng chảy. Bất ngờ ấy không phủ nhận quá khứ có nước của Jezero; trái lại, cấu trúc và khoáng vật trong đá cho thấy nước đã tác động đến khu vực ít nhất ba lần, qua những hệ thống có thể rất khác nhau. [1]

Vì sao đá magma xuất hiện ở rìa hồ cổ?

Dự đoán ban đầu dựa trên hai dấu hiệu nhìn từ quỹ đạo: Margin Unit chạy theo đường bờ của hồ cổ và có tín hiệu cacbonat mạnh. Trong môi trường Trái Đất, đất sét, bùn và cát có thể lắng thành từng lớp ở đáy hồ; đá trầm tích hình thành từ chúng thường lưu giữ tốt dấu vết của môi trường sống cũ. Cacbonat cũng thường gắn với môi trường biển nông hoặc hồ. Vì thế, cách giải thích hợp lý trước khi xe tự hành tới nơi là cacbonat đã hình thành trong hồ Jezero. [1]

Quan sát tại chỗ làm bức tranh phức tạp hơn. Ở phần cao của Margin Unit, Perseverance gặp đá hạt thô, có cấu trúc tinh thể và giàu olivin, một khoáng vật chứa magiê cùng sắt. Những hạt lớn cho thấy khối magma từng nguội chậm ở sâu dưới lòng đất. Sau đó, vật liệu nằm phía trên bị xói mòn, đưa khối đá vốn ở dưới sâu lộ ra bề mặt. Như vậy, vị trí gần đường bờ hiện được nhận biết không đồng nghĩa mọi loại đá tại đó đều do hồ tạo nên. [1]

Có thể hình dung một bờ hồ cắt qua nền đá cũ: nước chi phối cảnh quan ở một giai đoạn, nhưng nền mà nó tiếp xúc đã tồn tại từ trước. Bởi vậy, hình dạng địa hình và thành phần khoáng vật quan sát từ xa chỉ đưa ra giả thuyết ban đầu; chúng chưa kể hết nguồn gốc của từng khối đá. [1]

SuperCam đọc thành phần đá như thế nào?

Công cụ then chốt là SuperCam, đặt trên cột camera của Perseverance. Thiết bị có thể khảo sát khoáng vật qua ánh sáng phản xạ. Với mục tiêu cần phân tích kỹ hơn, nó bắn laser vào đá từ khoảng cách tối đa 6,5 mét. Một lượng vật chất rất nhỏ tại điểm bắn chuyển thành plasma, tức trạng thái khí bị ion hóa. Quang phổ ánh sáng từ plasma mang dấu hiệu của các nguyên tố trong mục tiêu, nhờ đó nhóm nghiên cứu suy ra thành phần hóa học mà không phải đưa mẫu đá vào phòng thí nghiệm trên xe. [1]

Perseverance đã dùng cách này để phân tích hơn 185 mục tiêu đá gốc trong Margin Unit. Số lượng mục tiêu giúp so sánh sự thay đổi theo địa hình thay vì chỉ dựa vào một tảng đá khác thường. Mẫu hình nổi bật là sự tương phản theo cao độ: olivin ở trên cao gần như còn nguyên vẹn, trong khi đá thấp hơn, trên nền hồ cổ, bị nứt và có silica chen giữa các hạt. [1]

Ba lần nước đã để lại những dấu vết gì?

Những khoáng vật cắt qua nhau và mức độ biến đổi của olivin giúp xác định thứ tự tương đối của các sự kiện, dù chưa cho biết chúng xảy ra vào thời điểm nào. Trong đợt sớm nhất được nhận ra, nước ngầm giàu carbon dioxide phản ứng với olivin ở vùng thấp. Cacbonat hình thành trong các khe nứt, tạo thành những gờ chạy xuyên qua đá gốc. Khi phần đá mềm xung quanh dần bị bào mòn, các khe đã được cacbonat lấp đầy trở thành đường gờ nhô lên. [1]

Đợt thứ hai có thể liên quan đến hồ từng tồn tại trong hố Jezero, nhưng mối liên hệ này vẫn là một cách diễn giải. Một số đá chứa silica, và lượng silica nhiều hơn được ghi nhận ở những khối từng nằm dưới mực nước. Trên Trái Đất, quá trình olivin biến đổi thành cacbonat có thể để lại silica. Sự phân bố theo vị trí vì thế phù hợp với khả năng nước hồ tiếp tục biến đổi nền đá đã có sẵn, thay vì tạo toàn bộ Margin Unit từ trầm tích. [1]

Dấu vết muộn nhất xuất hiện tại một địa điểm ở phía đông Margin Unit: một hệ mạch khoáng dày khoảng 25 cm, chứa các khoáng vật như canxi sulfat và fluorit. Fluorit thường hình thành khi nước nóng tuần hoàn qua đá núi lửa. Thành phần này chỉ ra một đợt nước ngầm được nung nóng xảy ra sau các biến đổi trước đó. Ba dấu vết vì vậy không đơn thuần là ba lần bề mặt bị ướt, mà phản ánh nước ngầm giàu carbon dioxide, khả năng tiếp xúc với hồ và một hệ tuần hoàn nước nóng về sau. [1]

Vì sao olivin gần như nguyên vẹn lại quan trọng?

Olivin giúp nhận ra ranh giới giữa đá ít biến đổi và đá đã phản ứng mạnh với nước. Ở cao độ lớn, tinh thể thô gần như không mang dấu hiệu từng tiếp xúc với nước. Xuống thấp hơn, hạt olivin bị nứt, còn cacbonat và silica xuất hiện trong hoặc quanh các khe. Sự đối lập này cho thấy tác động của nước không đồng đều trên toàn Margin Unit; vị trí của đá đối với các dòng nước cổ quyết định mức độ biến đổi. [1]

Hãy hình dung nước thấm qua một viên gạch chỉ theo vài đường nứt: phần nằm trên đường thấm sẽ đổi khác rõ rệt, còn vùng khô có thể giữ gần nguyên trạng. Đây chỉ là ví dụ minh họa, nhưng nó giải thích vì sao cùng một đơn vị địa chất có thể chứa cả olivin ít biến đổi lẫn đá giàu sản phẩm phản ứng. Các khe nứt vừa mở lối cho chất lỏng, vừa trở thành nơi khoáng vật mới kết tủa.

Các khoáng vật nói gì về khả năng từng có sự sống?

Cacbonat và silica đáng chú ý vì chúng có thể lưu giữ dấu vết của môi trường trong quá khứ. Khi nước phản ứng với olivin trên Trái Đất, phản ứng có thể giải phóng hydro, nguồn năng lượng mà một số vi sinh vật sử dụng. Các khoáng vật hình thành sau đó cũng có khả năng khóa giữ dấu vết còn lại của những vi sinh vật ấy. Điều này khiến đá ở Margin Unit trở thành mục tiêu phù hợp cho nghiên cứu sinh học vũ trụ, nhưng sự hiện diện của cacbonat, silica hay hydro từ phản ứng không tự nó chứng minh sao Hỏa từng có sự sống. [1]

Phát hiện quan trọng hơn nằm ở môi trường: Jezero không chỉ trải qua một giai đoạn hồ đơn giản. Đá magma cổ đã lần lượt tiếp xúc với nhiều hệ thống nước, mỗi hệ thống để lại một kiểu biến đổi khác. Do hố Jezero nằm trong một trong những vùng lộ cacbonat lớn nhất trên sao Hỏa, việc hiểu Margin Unit còn có thể giúp diễn giải lịch sử nước ngoài phạm vi hố này. Hiện nhóm nghiên cứu xác định được trình tự các đợt tương tác nhưng chưa xác định được tuổi của từng đợt, nên khoảng cách thời gian giữa chúng vẫn là phần còn thiếu của câu chuyện. [1]