O Noé é a primeira das três eras (ou o primeiro éon ) da geologia marciana - a próxima é a Hespéria , caracterizada por intensa atividade vulcânica . As terras de Noé são caracterizadas por sua forte craterização e, em particular, pela abundância de grandes crateras de impacto de várias dezenas ou mesmo centenas de quilômetros de diâmetro, bem como pela presença de bacias de impacto de vários milhares de quilômetros de diâmetro. Na escala de tempo geológica marciana , o Noachian data de mais de 3,7 bilhões de anos na escala Hartmann e Neukum , ou mais de 3,5 bilhões de anos na escala padrão de Hartmann.
As terras do Noachian estão localizadas principalmente no hemisfério sul, muitas vezes a uma altitude de alguns quilômetros do nível de referência marciano , como é o caso de Terra Sabaea , Tyrrhena Terra , Promethei Terra , Terra Cimmeria , Terra Sirenum , Aonia Terra e , finalmente, Noachis Terra , que deu seu nome ao aeon; aqueles que estão localizados nas regiões equatoriais ou que transbordam para o hemisfério norte têm uma altitude mais moderada e localmente zero, como é o caso de Tempe Terra , Xanthe Terra , Margaritifer Terra e especialmente Arabia Terra .
Podemos identificar esses terrenos com a presença de grandes crateras de fundo plano e relevos rombos, com morfologia muito diferente das crateras amazônicas , que são bastante pequenas, mais vazadas e com relevos bem marcados, em forma de tigela ou com pico central. . Mas a característica distintiva do Noé em comparação com outros éons marcianos é a onipresença de traços de água líquida, sejam sedimentos nas crateras atestando a presença de lagos, ou mesmo vales sinuosos entre essas crateras, materializando antigos leitos de riachos que agora estão secos.
As principais bacias de impacto do planeta teriam todas se formado no final do rio Noé, mas apenas as do hemisfério sul conservaram solos que datam dessa época. Este é particularmente o caso de Hellas Planitia e Argyre Planitia , embora em grande parte alterado para Hesperian , bem como a base do Mare Australe , coberta com uma espessa camada de depósitos eólicos muito mais recentes. As bacias do hemisfério norte, por outro lado, foram cobertas com materiais amazônicos que apagaram a maioria dos vestígios de estruturas de impacto anteriores, que permanecem visíveis apenas por sua configuração circular, como Isidis Planitia , ou as duas depressões localizadas dentro Vastitas Borealis identificando Utopia Planitia e a Bacia Boreal entre extensões uniformemente planas compostas de terreno recente.
A datação dos eventos geológicos marcianos é uma questão não resolvida até hoje. Existem atualmente duas escalas de tempo geológicas marcianas em uso, que diferem entre si por quase um bilhão e meio de anos. A escala Hartmann "padrão", desenvolvida na década de 1970 pelo astrônomo americano William Hartmann a partir da densidade e morfologia das crateras de impacto em solos marcianos, leva a uma datação significativamente mais recente do que a escala Hartmann e Neukum , desenvolvida em paralelo pelo planetólogo alemão Gerhard Neukum a partir de observações detalhadas da câmera HRSC (datas em milhões de anos):
Esta segunda escala está mais de acordo com o sistema estratigráfico proposto em particular pela equipa do astrofísico francês Jean-Pierre Bibring do IAS em Orsay a partir das informações recolhidas pelo instrumento OMEGA da sonda europeia Mars Express , introduzindo o termo " Phyllosian "para definir o primeiro éon marciano, de terras onde os filossilicatos dominam . A cronoestratigrafia correspondente seria a seguinte, em que o Phyllosian corresponde a eras anteriores a 4,2 bilhões de anos atrás, com um ajuste adicional à definição de eras geológicas marcianas :
A descontinuidade entre phyllosian e Theiikian iria materializar uma transição catastrófica entre estas duas eras sublinhadas pelo conceito de " grande bombardeio tardio " - LHB em Inglês - que teria atingido o interior do sistema solar, entre 4,1 e 3,8 bilhões de anos antes do presente de acordo com estimativas de amostras lunares e estudos baseados na superfície do planeta Mercúrio . Estando Marte mais próximo que a Terra do cinturão de asteróides e dez vezes menos massivo que nosso planeta, esses impactos teriam sido mais frequentes e mais catastróficos no planeta vermelho, talvez até mesmo na origem do desaparecimento de seu campo magnético global.
Qualquer que seja o nome que lhe dermos - Noé ou Phyllosian - o primeiro aeon marciano teria conhecido as condições que permitiam a existência de água líquida na superfície do planeta, água na origem dos filossilicatos - incluindo argilas - características desse período. Esses minerais são observados formando várias fases com zeólitas ou depósitos de sulfatos ou cloretos , como na região da Terra Sirenum . Sulfatos hidratados também foram observados em outras regiões, revelando a existência anterior de uma grande variedade de ambientes úmidos na superfície do planeta.
Marte teria se formado, como todos os outros planetas do sistema solar , cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, de acordo com um processo de acréscimo gravitacional de planetesimais resultante da condensação da nebulosa solar . Por estar localizado abaixo do limite de 4 UA do Sol , além do qual, pode condensar compostos voláteis, como água H 2 O, metano CH 4ou amônia NH 3, Marte foi formado principalmente de planetesimais ferrosos e de silicato , mas com um teor de enxofre muito maior do que a Terra , como revelaram medições interessantes feitas pelo Mars Global Surveyor .
O enxofre altera substancialmente as propriedades físicas dos minerais e metais aquecidos sob pressão muito forte que prevalece dentro de um planeta terrestre desde a formação. Na verdade, ele se combina com o ferro do manto de material em uma reação endotérmica dando sulfetos de ferro que:
O fato de o núcleo de Marte ainda ser essencialmente líquido, conforme estabelecido pelo MGS , indica um teor de elementos leves da ordem de 14 a 17%, principalmente enxofre , correspondendo a uma concentração de elementos leves o dobro do núcleo da Terra . O núcleo marciano teria um raio entre 1.300 e 2.000 km , valores deduzidos de uma estimativa do momento de inércia do planeta pela missão Mars Pathfinder , sendo o valor geralmente retido um raio de aproximadamente 1.480 km . O alto teor de enxofre dos materiais que constituem o planeta Marte é essencial para a compreensão de sua dinâmica interna e, em particular, a surpreendente fluidez das lavas marcianas revelada pela morfologia dos vulcões marcianos e a topografia das regiões vulcânicas.
A onipresença de leitos de rios secos serpenteando em solo noachiens e hespériens atesta a presença de água líquida em grandes áreas da superfície marciana a cerca de 3,6 bilhões de anos antes do presente. Formações geológicas muito explícitas, como deltas , como as da cratera Jezero ou da cratera Eberswalde , também são observáveis. A prova formal de um passado de Marte úmido foi fornecida pela caracterização in situ em uma rocha de Marte Meridiani Planum pelo rover Opportunity , de jarosita , um hidrato de sulfato de ferro de fórmula NaFe ( III ) 3 (OH) 6 (SO 4 ) 2que se forma a partir de rochas vulcânicas na presença de solução aquosa de ácido sulfúrico H 2 SO 4, resultado ainda mais interessante uma vez que essas soluções são conhecidas por terem um ponto de congelamento muito baixo - o eutético da mistura H 2 SO 4 · 2H 2 O - H 2 SO 4 · 3H 2 Ocongela um pouco abaixo de −20 ° C e da mistura H 2 SO 4 6,5H 2 O - H 2 Ocongela cerca de 210 K , temperatura ligeiramente abaixo de -60 ° C , que é a temperatura média em Marte.
Um feixe de elementos convergentes reforça este primeiro resultado. Assim, a presença significativa de filossilicatos detectados pelo instrumento OMEGA da sonda Mars Express também é um forte indicador da presença passada de água líquida. Estudos mais detalhados realizados in situ pelos dois Mars Exploration Rovers Spirit e Opportunity, respectivamente na cratera Gusev , ao sul de Apollinaris Patera , e em Meridiani Planum , sugerem até mesmo a existência de uma hidrosfera grande o suficiente para ter sido capaz de homogeneizar o fósforo conteúdo dos minerais analisados nestes dois locais localizados em cada lado do planeta. Uma abordagem diferente, baseada no mapeamento da abundância de tório , potássio e cloro na superfície de Marte pelo espectrômetro gama (GRS) da sonda Mars Odyssey , leva ao mesmo resultado.
Hipótese do Oceano BorealAlém disso, o estudo detalhado dos vestígios deixados na paisagem marciana por supostos cursos d'água e extensões líquidas levou à proposição da existência de um oceano real cobrindo quase um terço da superfície do planeta ao nível da 'atual Vastitas Borealis . Em um artigo de 1991 que se tornou clássico, Baker et al. chegou a identificar certas estruturas com vestígios de uma costa ancestral. As linhas costeiras assim identificadas também corresponderam às curvas de altitude constante corrigidas para as deformações subsequentes deduzidas do vulcanismo e estimativas quanto à mudança no eixo de rotação do planeta. No entanto, outras teorias foram propostas para dar conta dessas observações, em particular com base na possível origem vulcânica das estruturas assim interpretadas.
A hipótese de um oceano boreal, entretanto, tem a vantagem de explicar uma observação surpreendente: a densidade e o tamanho das formações identificadas como leitos de rios secos diminuem sensivelmente de norte a sul do planeta; é máxima ao longo da hipotética "costa" deste não menos hipotético oceano, com vales impressionantes às vezes atingindo 25 km de largura, e torna-se praticamente zero em torno das regiões polares meridionais, onde os vales também são quase imperceptíveis. Isso seria consistente com uma hidrosfera concentrada no hemisfério norte, em torno do oceano boreal, deixando a massa de terra do hemisfério sul cada vez mais árida à medida que nos afastávamos da costa.
De acordo com nosso conhecimento atual, durante sua formação há cerca de 4,6 bilhões de anos, o planeta Marte deve ter sido cercado por uma atmosfera composta principalmente de vapor d'água H 2 Oliberado durante a aglomeração de planetesimais , bem como dióxido de carbono CO 2, nitrogênio N 2, dióxido de enxofre SO 2e possivelmente grandes quantidades de CH 4 metano. Uma vez suficientemente resfriada, cerca de 4,5 a 4,4 bilhões de anos atrás, a superfície sólida do planeta deve ter recebido como chuva o vapor d'água condensado , que reage com o ferro contido nos minerais aquecidos por ela. ' Oxidar liberando hidrogênio H 2, que, leve demais para se acumular na atmosfera, escapou para o espaço. Portanto, apenas o CO 2 permaneceu, o N 2e SO 2como a maioria dos constituintes da atmosfera marciana primitiva, com uma pressão atmosférica total centenas de vezes maior do que é hoje - a pressão padrão atual é 610 Pa .
Esta atmosfera, que deveria permitir um efeito estufa significativo mantendo temperaturas relativamente altas na superfície de Marte , no entanto, teria começado a desaparecer rapidamente no espaço devido a três fatores principais:
O Sol teria sido menos poderoso do que hoje no início de sua existência: talvez um quarto ou até um terço menos poderoso. A presença comprovada de água líquida na superfície de Marte neste momento, portanto, indica que um efeito estufa significativo deve então existir. O dióxido de carbono é um gás de efeito estufa , e as simulações mostram que uma pressão parcial de 150 kPa de CO 2teria de ter uma temperatura média do solo igual ao de hoje, -60 ° C . O fortalecimento desse efeito estufa pode ter vindo de vários fatores adicionais:
A água , o CO 2e o nitrogênio foram, como principais constituintes da atmosfera primitiva de Marte, maciçamente lançados no espaço pelos inúmeros e catastróficos impactos meteóricos que prevaleceram ao longo de Noé, até o episódio final do " grande bombardeio tardio " que ocorreu entre 4,1 e 3,8 bilhões de anos antes do presente. Isso pode ser deduzido da abundância natural do isótopo radiogênico 129 Xe de xenônio , que é derivado do iodo-129 por decaimento β - com meia-vida de 15,7 milhões de anos:
Na atmosfera de Marte , a abundância relativa de xenônio 129 em relação a outros isótopos de xenônio é maior do que na Terra e no sol . No entanto, este isótopo vem da decadência radioativa do iodo-129 contido nas rochas do planeta: o fato de sua concentração ser maior na atmosfera de Marte do que na atmosfera da Terra, enquanto os dois planetas tiveram que ter aproximadamente semelhantes composições iniciais indicam que a atmosfera marciana havia perdido a maior parte de sua massa antes de seu enriquecimento em 129 Xe.
Precipitação de sulfatos em competição com carbonatosUma atmosfera rica em CO 2na presença de grandes quantidades de água líquida deve ter levado à formação de grandes quantidades de carbonatos , como calcário CaCO 3, magnesita MgCO 3ou FeCO 3 siderita, de acordo com reações semelhantes às que dão, por exemplo, magnesita de uma olivina (Mg, Fe) 2 SiO 4 principalmente magnésio:
Mg 2 SiO 4+ CO 2→ 2 MgCO 3+ SiO 2.No entanto, esses minerais continuam difíceis de encontrar em Marte. Por outro lado, os sulfatos parecem, pelo contrário, ser particularmente abundantes. Essas duas observações são de fato consistentes: a formação de carbonatos é inibida pela acidez que a presença de sulfatos sugere e pela liberação contínua de SO 2.por atividade vulcânica no Hesperian teria deslocado o CO 2de carbonatos que poderiam ter se formado em Noé para substituí-los por sulfatos , como acontece por exemplo com pH mais baixo com magnésio :
MgCO 3+ H 2 SO 4→ MgSO 4+ H 2 S+ CO 2.A formação de H 2 SO 4por oxidação em SO 3de SO 2dissolvido em nuvens é um fenómeno bem conhecido desde o estudo de chuva ácida na Terra , uma reacção, sem dúvida, favorecido em Marte pela alta altitude fotólise da água moléculas sob a acção de raios ultravioleta da radiação a partir do Sol , o que liberta em particular hidroxilo radicais HO • e produz peróxido de hidrogênio H 2 O 2, um oxidante forte. A comparação com a atmosfera de Vênus , que possui nuvens de ácido sulfúrico , também enfatiza o papel da dissociação fotoquímica do dióxido de carbono pelo UV de menos de 169 nm para iniciar a oxidação do dióxido de enxofre :
CO 2+ h ν → CO + O SO 2+ O → SO 3 SO 3+ H 2 S→ H 2 SO 4 Erosão sob a ação do vento solarO campo magnético do vento solar tem a propriedade de acelerar os íons da alta atmosfera e devolvê-los a ela em alta velocidade, o que causa a expulsão para o espaço de um ou mais átomos desta atmosfera durante cada colisão. Durante um período de tempo suficientemente longo, isso pode levar à dispersão no espaço de uma fração significativa da massa atmosférica. Assim, com a hipótese de erosão moderada ao longo de 3,5 bilhões de anos, podemos facilmente explicar a perda de 100 k Pa de pressão parcial de CO 2., outros modelos chegando a valores extremos cinco vezes maiores - mas agora sabemos que uma pressão parcial maior que 150 k Pa de dióxido de carbono teria levado à condensação de CO 2 sob as condições de temperatura marcianas da época.
A atmosfera marciana teria sido protegida, no início da existência do planeta, pela magnetosfera induzida pelo campo magnético global gerado pelo efeito dínamo devido, acredita-se, a movimentos de convecção no núcleo , tanto líquido quanto condutor , de Marte . Este campo magnético foi destacado através da magnetização remanescente - às vezes maior do que a da crosta terrestre - da terra mais antiga do planeta registrada em 1998 pela Mars Global Surveyor sobre o hemisfério sul, e em particular na região de Terra Cimmeria e Terra Sirenum . Por outro lado, a ausência de paleomagnetismo significativo nas bacias de Hellas e Argyre pleiteia o desaparecimento precoce deste campo magnético global, que já deve ter deixado de existir há 3,5 bilhões de anos., E provavelmente até 4 bilhões de anos, durante o hipotético grande bombardeio tardio .
No entanto, não é absolutamente certo que a ausência de paleomagnetismo acima de uma estrutura de impacto possa ser interpretada como prova da ausência de um campo magnético global no momento desse impacto. Na verdade, o estudo das rochas da cúpula de Vredefort , a maior e a segunda mais antiga cratera de impacto indubitavelmente identificada na Terra , mostra que elas são magnetizadas mais fortemente do que em qualquer outro lugar em nosso planeta, mas parecem ter esfriado muito rapidamente para a direção de magnetização das diferentes fases sólidas que as constituem para que tenham tido tempo de se alinhar com o campo magnético terrestre ; segue-se que essas direções são aleatórias e que a magnetização dos grãos de magnetita é totalmente cancelada. Assim, o magnetismo remanente medido acima do impacto é muito menor do que o do resto da região; isso também foi observado nas grandes bacias de impacto marcianas, que poderiam, portanto, ser feitas de materiais fortemente magnetizados, mas em direções aleatórias. Até que ponto esta observação pode ser aplicada às bacias de impacto marcianas é, no entanto, debatido.
Marte também poderia ter conhecido, naquela época, um início de tectônica semelhante à da Terra , como poderia sugerir a magnetização estruturada em bandas paralelas de polaridade oposta observada em vários lugares da superfície marciana, o que revelaria também que o campo marciano magnético teria conhecido reversões de polaridade, como o campo magnético da Terra . Formações topográficas de origem tectônica também foram destacadas, em particular pela sonda europeia Mars Express . A presença de uma hidrosfera marciana em Noé pode ter favorecido essa tectônica ao “lubrificar” os materiais da crosta, desempenhando nisso um papel semelhante à água terrestre; a falta de água em Vênus é, inversamente, avançada para explicar a ausência de tectônica.
O Noéquiano em Marte corresponde a um período de intenso bombardeio de meteoros, cujos vestígios podem ser encontrados em todo o sistema solar , sejam estrelas interiores como Mercúrio ou a Lua , ou os satélites de planetas exteriores. Uma vez que Marte está mais perto do que a Terra do cinturão de asteróides e dez vezes menos massivo que o nosso planeta, esses impactos teriam sido mais frequentes e mais catastróficos no Planeta Vermelho, soprando nele uma porção significativa da atmosfera de Marte . Espaço e talvez também na origem do desaparecimento de seu campo magnético global por aquecimento do manto a ponto de cancelar o gradiente térmico na origem dos movimentos de convecção dentro da fase líquida do núcleo , supostamente na origem do campo magnético global de um planeta por efeito dínamo .
Todas as bacias de impacto marcianas teriam se formado no Noachian, embora sejam constituídas na superfície de terras geologicamente mais recentes: a Bacia Boreal , Utopia Planitia , Hellas Planitia , Argyre Planitia , Isidis Planitia e Chryse Planitia teriam, portanto, tantos vestígios de impactos. asteróides, às vezes gigantescos, ocorrendo no máximo no final do grande bombardeio tardio , cerca de 3,8 bilhões de anos atrás - a Bacia Caloris , em Mercúrio , e o Mare Imbrium (o " Mar das Chuvas "), na Lua , também são datados dessa época, que corresponde, para a Lua, ao Nectário e ao Inferior Imbriano . É possível que os satélites Fobos e Deimos tenham uma conexão com este episódio, como asteróides incidentes capturados por Marte - mas faltaria então explicar sua órbita quase circular com uma inclinação muito baixa no equador marciano - ou como aglomerados de materiais projetados .no espaço e orbitado como resultado de colisões com pêndulos de tamanho suficiente, o primeiro abaixo e o segundo além da órbita síncrona de Marte, o que corresponde a uma altitude de 17.000 km acima da área.
Será que o Noé não parece ter sido dominada por vulcanismo e a maioria dos vulcões marcianos são a priori após este eon . Algumas estruturas vulcânicas são exceção, no entanto, notadamente Alba Mons a noroeste do bojo de Tharsis , cuja fase principal de atividade preferiria estar na segunda metade do Hesperiano até o início do Amazonas, mas que poderia ter surgido. tamanho e a natureza singularmente fluida de suas lavas, do final do Noé; o fato de ser exatamente o oposto da bacia de impacto de Hellas Planitia pode indicar uma conexão entre essas duas estruturas. A mesma observação também se aplica ao possível ponto quente na origem de Hecates Tholus e Elysium Mons , perto dos antípodas de Argyre Planitia , e de Tyrrhena Patera em Hesperia Planum , vizinha dos antípodas de Chryse Planitia : se as terras dessas regiões são geologicamente posteriores a Noé, seu aparecimento provavelmente data desta era.
Em geral, a atividade vulcânica Hesperiana poderia ter sido iniciada pelos impactos do meteorito de Noé, que pode-se razoavelmente supor que eles injetaram no planeta uma quantidade suficiente de energia térmica para aumentar significativamente sua atividade interna. Portanto, é notável que todas as regiões vulcânicas marcianas sejam adjacentes a pelo menos uma bacia de impacto.
As condições marcianas de Noé talvez pudessem ter permitido o surgimento de formas de vida em Marte como aconteceu na Terra : além da presença de água líquida e do efeito estufa que poderia ter mantido uma temperatura suficientemente alta, a abundância de argilas torna isso possível considerar cenários do surgimento da vida elaborados no âmbito de algumas das (muitas) teorias da abiogênese , enquanto outras teorias (por exemplo, aquela concebida no final do século XX). século por Günter Wächtershäuser) consideram a abiogênese terrestre em fontes hidrotermais ricas em sulfeto de ferro (II) , um ambiente que provavelmente existia em Marte na era de Noé. No entanto, essas condições teriam rapidamente se tornado muito menos favoráveis no próximo éon, o Hesperiano , que teria começado no máximo 3,5 bilhões de anos atrás: dominado pela química do enxofre , certamente resultou em uma redução significativa do pH do água de Marte sob o efeito da chuva de ácido sulfúrico H 2 SO 4Isso teria aliás como consequência permitir a existência de água no estado líquido a temperaturas substancialmente inferiores a 0 ° C .
No entanto, os traços mais antigos de "vida" detectados em nosso planeta não remontam a mais de 3,85 bilhões de anos para a mais remota de todas as datas publicadas (em torno do limite convencional entre o Hadeano e o Arqueano ), ou 700 milhões de anos após a formação da Terra, ou seja, quase tanto quanto a duração total do primeiro aeon marciano na hipótese mais favorável, como lembrado pela cronologia das eras abaixo da terrestre em comparação com a escala Hartmann padrão e a escala Hartmann & Neukum :
Nessas condições, se um processo de abiogênese pudesse ter resultado em Marte, no Noachian, isso teria levado a formas de vida que teriam tido muito pouco tempo para evoluir antes das sublevações do Hesperian , ao mesmo tempo - cerca de 4 3,8 bilhões de anos antes do presente - marcado por asteróides impactos do grande bombardeio tarde .
Para efeito de comparação, a fotossíntese não teria aparecido na Terra por 3 bilhões de anos, ou mesmo apenas 2,8 bilhões de anos, enquanto as células eucarióticas mais antigas não teriam passado de 2,1 bilhões de anos, anos, e a reprodução sexual de 1,2 bilhões de anos.