Ny forskning publicerad i Nature Communications identifierar ett järnsulfat på Mars som kan vara ett helt nytt mineral. Artikeln har titeln ”Characterization of ferric hydroxysulfate on Mars and implications of the geochemical environment supporting its formation” (Karaktärisering av järnhydroxisulfat på Mars och implikationer av den geokemiska miljö som möjliggör dess bildning).
Svavel är vanligt på Mars och bildar tillsammans med andra grundämnen mineraler, särskilt sulfater. Medan de flesta sulfater är mycket lösliga och lätt löses upp på jorden under regn, kan dessa mineraler överleva i miljarder år på Mars torra yta och bevara viktiga ledtrådar om planetens tidiga historia.
Varje mineral har en unik kristallstruktur och egenskaper, inklusive de vanliga mineralerna gips och hematit. Forskare förlitar sig på data som samlats in av Mars-orbiter för att identifiera mineraler på ytan och få information om tidigare miljöer på Mars som skulle ha möjliggjort bildandet av dessa mineraler.
I nästan 20 år har forskare förbryllats av ovanliga, skiktade järnsulfater med en unik spektral signatur. Nu har en studie ledd av Dr Janice Bishop, seniorforskare vid SETI Institute och NASA:s Ames Research Center i Silicon Valley i Kalifornien, identifierat och karakteriserat en ovanlig järnhydroxysulfatfas genom att kombinera laboratorieexperiment med observationer från Mars-orbiter.
Upptäckten ger ny insikt i hur värme, vatten och kemiska reaktioner formar Mars yta.
”Vi undersökte två sulfathaltiga platser nära det vidsträckta kanjonsystemet Valles Marineris, som innehöll mystiska spektralband som syntes i data från omloppsbanan, samt skiktade sulfater och intressant geologi”, säger Bishop.
Studien omfattade ett område kallat Aram Chaos, beläget nordost om Valles Marineris, där forntida vatten rann bort mot lägre regioner i norr, samt platån ovanför Juventae Chasma, en 5 km djup kanjon strax norr om Valles Marineris.
Juventae-platån (ovanför Juventae Chasma)
Nära klipporna i Valles Marineris finns ledtrådar till Mars fuktigare förflutna. Det finns tecken på forntida vattenkanaler över landskapet, men forskarna hittade sulfater på endast en liten, lågt belägen plats, troligen kvar efter att sulfatrika vattenpölar långsamt torkat ut och bildat hydratiserade järnsulfater.
Dessa mineraler, däribland järnhydroxysulfat, förekommer som tunna, meter tjocka lager både ovanför och under basaltmaterial, vilket tyder på att de värmdes upp av lava eller aska efter bildandet.
Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) karta över Valles Marineris-regionen med högre höjder i rött och lägre höjder i gula, gröna och sedan blå toner. Källa: Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA)
”Undersökningen av morfologin och stratigrafin hos dessa fyra kompositionella enheter gjorde det möjligt för oss att bestämma åldern och bildningsförhållandena mellan de olika enheterna”, säger Dr Catherine Weitz, medförfattare till studien och seniorforskare vid Planetary Science Institute.
Aram Chaos
Forskare har observerat sulfaterade mineraler i hela Valles Marineris-regionen, inklusive i de karga landskap som kallas kaotiska terränger – områden som de tror har formats av kraftiga översvämningar i det förflutna.
När vattnet gradvis torkade upp lämnade det efter sig skiktade avlagringar av järn- och magnesiumsulfater, subtila men kraftfulla ledtrådar till att Mars en gång var mycket fuktigare. I ett kaosområde som bildades i en tidigare nedslagskrater innehåller de övre skikten polyhydratiserade sulfater, medan monohydratiserade och järnhydroxisulfatskikt ligger under.
En vy över platån ovanför Juventae Chasma med kompositionsenheter från instrumentet Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) som visar en nedre basaltenhet i cyan (basalt-1), polyhydratiserade sulfater i blått, järnhydroxysulfatfasen i rött och en annan basaltenhet ovanpå (basalt-2) i mellangrönt över ett High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) DTM (5x vertikal överdrift). Källa: Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) och High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE)
Var och en av dessa tre sulfater har distinkta spektrala signaturer som kan identifieras från omloppsbana med hjälp av CRISM-instrumentet. Medan stratigrafin hos dessa tre sulfater initialt var förbryllande, visade laboratorietester att upphettning av polyhydratiserade sulfater till 50 °C ger monohydratiserade former, och upphettning över 100 °C ger järnhydroxisulfat, vilket stöder teorin att geotermisk värme orsakade mineralernas omvandling.
Monohydratiserade och polyhydratiserade sulfater förekommer i stora områden, medan järnhydroxisulfat är begränsat till endast några få små områden. De varmaste geotermiska källorna låg troligen under de platser där järnhydroxisulfat förekommer idag, även om det kan finnas fler begravda under monohydratiserade sulfater.
Forskare vid SETI Institute och NASA Ames genomförde laboratorieexperiment för att fastställa hur dessa sulfater omvandlades – från rozenit (Fe2+SO4·4H2O) med fyra vattenmolekyler per enhetscell, till szomolnokit (Fe2+SO4·H2O) med en, och slutligen till järnhydroxysulfat, som innehåller OH istället för H2O i sin struktur.
”Våra experiment tyder på att detta järnhydroxisulfat endast bildas när hydratiserade järnsulfater upphettas i närvaro av syre”, säger postdoktoranden Dr Johannes Meusburger vid NASA Ames.
”Även om förändringarna i atomstrukturen är mycket små, förändrar denna reaktion drastiskt hur dessa mineraler absorberar infrarött ljus, vilket gjorde det möjligt att identifiera detta nya mineral på Mars med hjälp av CRISM.”
Reaktionen kräver syre och producerar vatten (ekvation 1). Idag har Mars en tunn atmosfär som huvudsakligen består av CO2, men det finns fortfarande tillräckligt med syre för att denna reaktion ska kunna ske och för att andra former av järn ska kunna oxideras.
Ekvation 1: 4 Fe2+SO4·H2O + O2 –> 4 Fe3+SO4OH + 2H2O
”Det material som bildats i dessa laboratorieexperiment är troligen ett nytt mineral på grund av sin unika kristallstruktur och termiska stabilitet”, säger Bishop. ”Men forskarna måste också hitta det på jorden för att officiellt kunna erkänna det som ett nytt mineral.”
Intressant nog verkar detta nya järnhydroxisulfat strukturellt likna szomolnokit, ett monohydrat järn(II)sulfatmineral, men järnhydroxisulfat bildas lättare från rozenit, ett tetrahydrat mineral.
Denna omvandling från hydratiserade järnsulfater till järnhydroxisulfat sker endast vid temperaturer över 100 °C, vilket är mycket varmare än vad Mars normalt upplever på ytan. Sulfaterna i Aram Chaos och Juventae, inklusive järnhydroxisulfat, bildades sannolikt mer nyligen än terrängen där de förekommer, möjligen under Amazonasperioden (<3 miljarder år sedan).
Denna studie visar att värme från både vulkanisk aktivitet på Juventae-platån och geotermisk energi under Aram Chaos kan omvandla vanliga hydratiserade sulfater till järnhydroxysulfat.
Resultaten tyder på att delar av Mars har varit kemiskt och termiskt aktiva mer nyligen än vad forskare tidigare trott, vilket ger nya insikter om planetens dynamiska yta och dess potential att ha kunnat hysa liv.
Mer information: J. L. Bishop et al, Characterization of ferric hydroxysulfate on Mars and implications of the geochemical environment supporting its formation, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61801-2
