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Une nouvelle étude montre que la décomposition des molécules d’eau piégées dans les anciennes roches martiennes a probablement produit suffisamment d’énergie chimique pour soutenir des microorganismes pendant des centaines de millions d’années sous la surface de la planète rouge.

«Nous avons montré, sur la base de calculs physiques et chimiques, que l’ancienne subsurface martienne avait probablement suffisamment d’hydrogène dissous pour alimenter une biosphère souterraine mondiale», a déclaré Jesse Tarnas, étudiant à l’Université Brown et chercheur principal dont les résultats ont été publiés dans Earth and Planetary Science Letters. « Les conditions dans cette zone habitable auraient été similaires aux endroits sur Terre où la vie souterraine existe ».

La vie souterraine aurait existé sur Mars

La Terre abrite ce que l’on appelle des écosystèmes microbiens lithotrophes souterrains (SliMEs). Manquant d’énergie de la lumière du soleil, ces microbes souterrains obtiennent souvent leur énergie en retirant les électrons des molécules de leur environnement. L’hydrogène moléculaire dissous est un grand donneur d’électrons et est connu pour alimenter les SLiMEs sur Terre.

Cette nouvelle étude montre que la radiolyse, un processus par lequel le rayonnement brise les molécules d’eau dans leurs parties constituantes d’hydrogène et d’oxygène, aurait créé beaucoup d’hydrogène dans l’ancienne subsurface martienne. Les chercheurs estiment que les concentrations d’hydrogène dans la croûte il y a environ 4 milliards d’années se seraient situées dans la fourchette des concentrations soutenant de nombreux microbes sur Terre.

Ces découvertes ne signifient pas que la vie a définitivement existé sur anciennement sur Mars, mais elles suggèrent que si la vie commençait, le sous-sol martien avait les ingrédients clés pour la soutenir pendant des centaines de millions d’années. Ces travaux ont également des implications pour l’exploration future de Mars, suggérant que les zones où l’ancien sous-sol est exposé pourraient être de bons endroits pour chercher des preuves de la vie il y a plusieurs millions d’années.

Aller sous terre

Depuis la découverte, il y a quelques décennies, d’anciens canaux fluviaux et des lits de lacs sur Mars, les scientifiques ont été séduits par la possibilité que la planète rouge ait déjà accueilli la vie. Mais bien que les preuves de l’activité aquatique passée soient indéniables, il n’est pas évident de savoir la quantité d’eau qui s’est écoulé durant les années passées sur la planète rouge.

Les modèles climatiques les plus modernes du début de Mars produisent des températures rarement supérieures au point de congélation, ce qui suggère que les premières périodes humides de la planète pourraient avoir été des événements éphémères. Ce n’est pas le meilleur scénario pour maintenir la vie à la surface à long terme, et certains scientifiques pensent que le sous-sol pourrait être un meilleur endroit pour la vie martienne d’il y a plusieurs millions d’années

«La question devient alors: quelle était la nature de cette vie souterraine, si elle existait, et où a-t-elle trouvé son énergie?», A déclaré Jack Mustard, professeur au Département des sciences de la terre, de l’environnement et des planètes de Brown. «Nous savons que la radiolyse aide à fournir de l’énergie aux microbes souterrains sur Terre, et Jesse a donc tenté de poursuivre l’histoire de la radiolyse sur Mars.»

Les chercheurs ont examiné les données du spectromètre à rayons gamma qui a volé à bord du vaisseau spatial Mars Odyssey de la NASA. Ils ont cartographié l’abondance des éléments radioactifs thorium et potassium dans la croûte martienne. Sur la base de ces résultats, ils pourraient déduire l’abondance d’un troisième élément radioactif, l’uranium.

La décomposition radiolytique de l’eau

La désintégration de ces trois éléments fournit le rayonnement qui entraîne la décomposition radiolytique de l’eau, et parce que les éléments se désintègrent à des taux constants, les chercheurs pourraient utiliser leurs abondances actuelles pour calculer les quantités il y a 4 milliards d’années. Cela a donné à l’équipe une idée du flux de rayonnement qui aurait été actif pour produire la radiolyse.

L’étape suivante consistait à estimer la quantité d’eau disponible pour ce rayonnement. Les preuves géologiques suggéraient qu’il y avait eu beaucoup d’eau souterraine dans les roches poreuses de l’ancienne croûte martienne. Les chercheurs ont utilisé des mesures de la densité de la croûte martienne pour estimer approximativement combien de pores auraient été disponibles pour que de l’eau puisse les remplir.

Enfin, l’équipe a utilisé des modèles géothermiques et climatiques pour déterminer l’endroit où aurait pu se trouver la vie passée. En combinant ces analyses, les chercheurs ont conclu que Mars avait probablement une zone habitable souterraine globale de plusieurs kilomètres d’épaisseur. Dans cette zone, la production d’hydrogène par radiolyse aurait généré beaucoup d’énergie chimique pour soutenir la vie microbienne, sur la base de ce que l’on sait de ces communautés sur Terre, et cette zone aurait persisté pendant des centaines de millions d’années, concluent les chercheurs.

Ces résultats ont été les mêmes, lorsque les chercheurs ont modélisé une variété de scénarios climatiques – certains du côté plus chaud, d’autres du côté plus froid. Il est intéressant de noter que, selon Tarnas, la quantité d’hydrogène sous la surface disponible pour l’énergie augmente dans les scénarios du climat extrêmement froid. En effet, une couche de glace plus épaisse au-dessus de la zone habitable sert de couvercle pour empêcher l’hydrogène de s’échapper à la surface.

«Les gens ont l’impression qu’un climat froid au début de Mars est mauvais pour la vie, mais ce que nous montrons, c’est qu’il y a effectivement plus d’énergie chimique pour la vie sous terre dans un climat froid», a déclaré Tarnas. « Nous pensons que cela pourrait changer la perception des gens sur la relation entre le climat et la vie passée sur Mars. »

Implications d’exploration

Tarnas et Mustard affirment que ces résultats pourraient être utiles pour savoir où envoyer les futurs vaisseaux spatiaux à la recherche de signes anciens de vie martienne.

«L’une des options les plus intéressantes pour l’exploration consisterait à examiner les blocs de mégabreccia – des morceaux de roches extraites du sous-sol par des impacts de météorites», a déclaré Tarnas. « Plusieurs d’entre eux proviennent de la profondeur de cette zone habitable, et maintenant ils sont simplement à la surface, souvent relativement peu inaltérés. »

Mustard, qui a été actif dans le processus de sélection d’un site d’atterrissage pour le rover Mars 2020 de la NASA, indique que ces types de blocs de brèches sont présents dans au moins deux des sites envisagés par la NASA: Northeast Syrtis Major et Midway.

« La mission du rover 2020 est de chercher les signes de la vie passée », a déclaré Mustard. «Les zones où vous pouvez avoir des vestiges de cette zone habitable souterraine – qui peut avoir été la plus grande zone habitable de la planète – semblent être un bon endroit à cibler.»

Source : Brown University