Les cristaux de sel de Mars comme abris diurnes pour l'eau
Contexte
Le Mars actuel pose un paradoxe à l'astrobiologie : les périodes de forte humidité relative coïncident avec les températures les plus basses, tandis que les heures chaudes de la journée sont extrêmement sèches. Autour de ce problème, notre archive rassemble des travaux sur la vie souterraine, le carburant radiatif, la glace martienne et la recherche d'eau dans les roches. Cet article se distingue quelque peu : il ne cherche pas l'eau en profondeur ou dans les dépôts de glace, mais propose un mécanisme de rétention de l'humidité microscopique dans la couche la plus superficielle du sol, à l'intérieur de cristaux de sels déjà détectés à la surface.
Méthodes
Les auteurs ont calculé la variation de volume des cristaux de sels pour des écarts de température diurnes de 150 à 300 K. Pour NaCl, ils ont utilisé les valeurs tabulées du coefficient de dilatation thermique volumique et une intégration numérique par la méthode des trapèzes. Pour le gypse et deux polymorphes de MgSO₄, ils ont pris les données de diffraction des rayons X sur la variation de volume de la maille élémentaire. La possibilité de déliquescence des sels a été évaluée à l'aide des données du modèle climatique global LMDZ GCM pour l'année martienne 29 : ils ont calculé l'humidité relative au-dessus du liquide et de la glace avec un pas de 2 heures et sélectionné les moments où elle dépassait le seuil de déliquescence pour Ca(ClO₄)₂ et CaCl₂, sans atteindre les conditions de nucléation de la glace.
Résultats
La variation relative de volume de NaCl entre 150 et 300 K est de 1,64 %. Pour le gypse, on obtient 0,87 %, pour α-MgSO₄ 0,50 %, pour β-MgSO₄ 0,57 %. Pour les solutions de CaCl₂, le calcul donne de 3,75 % à 6,9 % selon la concentration. De telles variations peuvent ouvrir et fermer des microfissures dans les cristaux. La modélisation de la déliquescence montre que pour Ca(ClO₄)₂, les conditions favorables se présentent dans la partie sud de la plaine d'Acidalia, en certains points jusqu'à 17 à 20 % des sols dans l'année, ce qui correspond à 100 à 130 sols par année martienne. Pour CaCl₂, la zone de déliquescence possible est plus restreinte, mais également concentrée près d'Acidalia. Il n'existe pas de données directes sur la dilatation thermique des perchlorates de calcium hydratés, c'est pourquoi les auteurs considèrent les estimations pour Ca(ClO₄)₂ comme préliminaires.
Implications
Le travail propose un mécanisme physique concret qui pourrait expliquer comment de l'eau liquide microscopique est retenue dans la couche superficielle de Mars pendant les heures diurnes. Contrairement aux études voisines qui considèrent soit la formation nocturne de saumures, soit la protection contre les radiations en profondeur, ici sont combinées la dilatation thermique des sels et leur capacité à absorber l'humidité. Si le mécanisme se confirme, les cristaux de sel deviendront des cibles prioritaires pour la recherche de micro-environnements potentiellement habitables sur le Mars actuel.
Développements futurs
Le sujet pourrait évoluer vers des expériences de laboratoire avec des analogues martiens de sels sous des variations contrôlées de température et d'humidité. Des mesures directes des coefficients de dilatation thermique pour les perchlorates de calcium hydratés et d'autres sels hygroscopiques seront nécessaires. Une direction distincte est la modélisation du transport de la vapeur d'eau à travers des fissures partiellement fermées, afin d'évaluer combien de temps la saumure peut se maintenir à l'intérieur du cristal.
Impact
Les résultats sont importants pour la planification de futures missions de recherche de vie sur Mars et pour l'interprétation des données sur la distribution des sels et de l'humidité dans la couche superficielle.
Prochaines étapes
Les prochaines étapes comprennent la mesure de la dilatation thermique des perchlorates hydratés en laboratoire et la vérification de la vitesse de fermeture des fissures lors du réchauffement diurne dans une chambre simulant les conditions martiennes.
Problèmes ouverts clés
Pour l'astrobiologie, le problème clé non résolu est de savoir si l'eau liquide peut exister sur le Mars actuel assez longtemps et à une température assez élevée pour soutenir un métabolisme. Ce travail relie ce problème à la physique de la dilatation thermique des sels et propose un mécanisme testable de rétention de l'humidité. Reste ouverte la question de savoir si des organismes peuvent survivre à la force ionique élevée des saumures perchloratées et à la faible activité de l'eau.
Dans le désert d'Atacama, l'un des endroits les plus secs de la Terre, des cyanobactéries vivent à l'intérieur de cristaux de halite et obtiennent l'humidité précisément grâce à la déliquescence du sel la nuit, lorsque l'humidité de l'air augmente.
Chiffres clés
- variation du volume de NaCl: 1,64 %
- variation du volume du gypse: 0,87 %
- variation du volume de la solution de CaCl₂: 3,75–6,9 %
- sols favorables à Acidalia: 100–130 par année martienne
- écart de température diurne: 150–300 K