Dấu vết ba thời kỳ nước cổ đại trên vùng Margin Unit của sao Hỏa

Khi robot Perseverance của NASA tiến vào vùng Margin Unit ở bờ trong hố Jezero trên sao Hỏa vào tháng 9 năm 2023, các nhà khoa học kỳ vọng sẽ ghi nhận lớp đá trầm tích mịn được bồi đắp từ một bờ hồ cổ đại. Tuy nhiên, kết quả phân tích thực tế cho thấy khu vực này không chứa bùn sét trầm tích như dự đoán, mà là đá magma giàu khoáng vật olivine đã trải qua ít nhất ba giai đoạn biến đổi hóa học độc lập do sự tác động của nước. [1]

Phát hiện này làm thay đổi góc nhìn trước đây vốn cho rằng khoáng vật carbonate ở khu vực này chỉ hình thành từ một môi trường hồ tĩnh lặng. Sự hiện diện đồng thời của dòng nước ngầm, nước hồ cổ và hoạt động thủy nhiệt biến Margin Unit thành điểm giao thoa quan trọng để hiểu về lịch sử khí hậu và khả năng duy trì sự sống vi sinh trong quá khứ của sao Hỏa. [1]

Kỹ thuật laser phân tích thành phần hóa học từ xa

Để khảo sát các cấu trúc địa chất trên sao Hỏa mà không cần di chuyển tới từng khối đá, robot Perseverance sử dụng thiết bị SuperCam đặt trên cột cao của robot thăm dò. Thiết bị này hoạt động bằng cách bắn chùm tia laser năng lượng cao đến các mục tiêu đá ở khoảng cách tối đa 6,5 mét. Cú bắn tạo ra một đốm huyết tương nhỏ trên bề mặt vật liệu, từ đó máy quang phổ phân tích dải ánh sáng phát ra để xác định thành phần khoáng vật. [1]

Thông qua phương pháp này, nhóm điều khiển đã khảo sát hơn 185 mục tiêu đá gốc dọc theo chênh lệch độ cao khoảng 265 mét của vùng Margin Unit. Dữ liệu thực địa thu được từ SuperCam cho thấy thành phần khoáng vật nơi đây phức tạp hơn nhiều so với các mô hình suy luận từ dữ liệu vệ tinh quan sát quỹ đạo trước đó. [1]

Nguồn gốc đá magma olivine bên dưới đáy hố

Ở những vị trí có độ cao lớn hơn trong vùng Margin Unit, Perseverance ghi nhận loại đá tinh thể hạt thô chứa nhiều olivine – một khoáng vật giàu sắt và magiê. Cấu trúc hạt lớn phản ánh khối magma này ban đầu nằm sâu dưới lòng đất và nguội đi với tốc độ rất chậm. Qua thời gian dài, quá trình xói mòn bề mặt đã bóc đi lớp vật liệu bên trên, làm lộ ra phần đá gốc này. [1]

Tại các vùng thấp hơn gần đáy hồ cổ, đặc tính của đá giàu olivine có sự thay đổi rõ rệt. Cấu trúc hạt olivine bị nứt vỡ mạnh và được lấp đầy bởi các khoáng vật silica và carbonate. Việc phát hiện sự kết hợp này có ý nghĩa quan trọng với khoa học hành tinh, vì trên Trái Đất, phản ứng giữa nước và olivine có thể giải phóng khí hydro – nguồn năng lượng cho một số loại vi sinh vật – đồng thời tạo ra các khoáng vật có khả năng lưu giữ dấu vết sinh học cổ đại. [1]

Hai đợt tác động đầu tiên: Nước ngầm và hồ cổ Jezero

Bằng cách phân tích cấu trúc và thành phần khoáng vật, các nhà nghiên cứu xác định đợt biến đổi đầu tiên xảy ra khi dòng nước ngầm giàu carbon dioxide di chuyển qua các nứt gãy của đá magma ở độ cao thấp. Phản ứng hóa học giữa nước ngầm và olivine đã tạo ra khoáng vật carbonate. Khi quá trình phong hóa làm bào mòn các phần đá mềm xung quanh, những mạch carbonate cứng hơn vẫn tồn tại và nhô lên thành các gờ đá nổi rõ. [1]

Giai đoạn tương tác thứ hai gắn liền với thời kỳ nước lấp đầy hố Jezero để tạo thành hồ cổ. Quá trình biến đổi olivine thành carbonate để lại lượng silica dư thừa. Dữ liệu đo đạc cho thấy hàm lượng silica này tập trung nhiều hơn ở những lớp đá từng nằm bên dưới mực nước của hồ cổ Jezero. [1]

Dấu vết của dòng thủy nhiệt nóng ở giai đoạn muộn

Sự bất ngờ lớn nhất đối với đội ngũ nghiên cứu là bằng chứng về đợt tác động thứ ba ở phía đông vùng Margin Unit. Tại đây, Perseverance phát hiện các mạch khoáng vật có độ dày khoảng 25 centimet chứa canxi sulfat và khoáng vật fluorite. [1]

Sự xuất hiện của fluorite là dấu hiệu cho thấy một hệ thống nước nóng ngầm từng lưu thông qua các lớp đá núi lửa. Hoạt động thủy nhiệt này diễn ra muộn hơn hai đợt tác động của nước ngầm và nước hồ, chứng minh lịch sử địa chất của Jezero là một chuỗi các sự kiện tương tác nước diễn ra qua nhiều thời kỳ khác nhau. [1]

Ý nghĩa đối với việc giải mã lịch sử khí hậu sao Hỏa

Vùng Margin Unit nằm trong dải lộ khoáng vật carbonate lớn trên sao Hỏa, do đó những phát hiện từ Perseverance tại hố Jezero cung cấp dữ liệu tham chiếu quan trọng cho các nghiên cứu địa chất rộng hơn trên Hành tinh Đỏ. [1]

Ví dụ, nếu hình dung một môi trường cổ đại chỉ có hồ nước tĩnh lặng, khả năng tồn tại và lưu giữ dấu vết sinh học sẽ khác biệt so với một khu vực có cả nước ngầm và hệ thống thủy nhiệt hoạt động. Những dữ liệu thực địa này giúp các nhà khoa học xây dựng lại bức tranh toàn diện hơn về tiến trình biến đổi khí hậu và tiềm năng môi trường sống trên sao Hỏa thời kỳ đầu. [1]