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Cinquante fois trop de soufre dans le sol martien, disent les sondes

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La terraformation de Mars suscite de plus en plus d'intérêt. Mais auparavant, il sera nécessaire de comprendre les processus qui en ont façonné la surface, et aussi de résoudre certaines énigmes comme l'abondance inattendue des sols en sulfates.

Le Mont Olympe dans toute sa majesté, vu par Mars Global Surveyor. Crédit Nasa

L'instrument Omega de la sonde européenne Mars Express a révélé depuis l'orbite une abondance exceptionnelle de sulfates dans certaines régions de la Planète rouge, mais aussi et paradoxalement, l'absence de carbonates sédimentaires. Constitué de roche basaltique meuble renfermant de 5 à 50% de minéraux sulfatés magnésiens et ferrifères, le sol martien se différentie nettement de la surface terrestre où le carbonate domine.

Cette constatation suggère que les eaux, dont on sait aujourd'hui qu'elles ont abondamment coulé en surface, étaient fortement chargées en acide sulfurique (H2SO4). On soupçonne même, depuis peu, que de brefs écoulements liquides peuvent encore survenir à la surface du sol martien, constitués d'une saumure très riche en sulfate ferrique. Mais d'où viennent ces sulfates, et pourquoi une telle différence de composition entre deux planètes apparemment semblables ?

Un scénario complexe, mais vraisemblable

Fabrice Gaillard et Bruno Scaillet, de l'Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (INSU, Université d'Orléans), tentent d'expliquer cette contradiction en appliquant les lois physico-chimiques qui déterminent le comportement des gaz dans le magma terrestre.

Autrefois très actif, le volcanisme martien s'est aujourd'hui complètement apaisé. Mais d'importants reliefs subsistent, comme le Mont Olympe, un ancien volcan qui culmine à 27 kilomètres de hauteur dans la région de Tharsis. Les analyses in situ des sondes corroborent l'examen des météorites martiennes découvertes sur Terre. Elles démontrent que les basaltes martiens sont deux fois plus riches en fer que leurs équivalents terrestres. Mais elles indiquent aussi que les échantillons martiens contiennent presque 1% de soufre (en poids), alors que les basaltes terrestres des rides médio-océaniques n'en contiennent que 0,1 à 0,15%.

Le Mont Olympe détaillé par Mars Express

Cela peut s'expliquer si l'on admet que les volcans martiens et terrestres ont émis des laves et des gaz de composition très différente, ce qui implique aussi des différences chimiques importantes au niveau des enveloppes superficielles, c'est-à-dire de la sphère atmosphère-hydrosphère, avec des conséquences importantes sur les conditions d'apparition éventuelle ou de maintien de la vie.

Mars et la Terre, un volcanisme très différent

Une autre différence pourrait provenir des conditions de dégazage au cours des temps géologiques. L'essentiel de ces émissions de gaz se sont produites sur Mars dans la région de Tharsis, directement émises dans l'atmosphère ténue de la planète et à une altitude vraisemblablement élevée. Sur Terre, les évents se situaient en majorité au fond des océans, sous une pression de 100 à 500 fois supérieure à la pression atmosphérique au niveau du sol. Dans ces conditions, une grande partie des gaz magmatiques en général et du soufre en particulier est restée dissoute dans la lave.

Selon ce scénario, les chercheurs démontrent que le volcanisme martien a libéré des gaz 10 à 50 fois plus riches en soufre que son équivalent terrestre. Les gaz volcaniques martiens, en raison de la très faible densité du milieu, sont émis sous la forme S2 et sulfite (SO2), tandis que les basaltes des fonds océaniques dégagent la forme S2 et hydrogène sulfuré (H2S), dominée par le CO2 et l'eau, en ne représentant plus que 1 à 5% du total en moyenne, ou même moins.

L'atmosphère martienne devait également être particulièrement riche en soufre durant cette période, sous les formes SO et SO2, cette dernière contribuant à la forte acidification des eaux de surface. L'acide sulfurique véhiculé par cette eau a pu empêcher la précipitation des carbonates et la formation de calcaires sédimentaires, au contraire de ce qui s'est passé sur Terre.

L'effet de serre martien

Les auteurs suggèrent aussi que le SO2, abondant dans l'atmosphère durant la période d'activité volcanique, aurait pu provoquer un effet de serre important en jouant un rôle similaire à celui du CO2 sur Terre. Alors que les chercheurs pensaient précédemment que le CO2 provenant des sources volcaniques n'était pas suffisant pour maintenir une température suffisante au maintien de l'eau sous forme liquide, la nouvelle étude suggère que le SO2 pouvait le remplacer dans ce rôle.

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