Ученые получили уникальную возможность исследовать не просто участок поверхности Марса, относящийся к древним временам, но и образец магматической коры, сохранивший информацию о составе мантии планеты, о взаимодействии воды и о ее геологическом развитии.

Специалисты на протяжении длительного времени стремятся реконструировать раннюю геологическую историю Марса, Красной планеты: определить состав пород, из которых она была сформирована, оценить разнообразие мантийной зоны и понять, какие процессы происходили в недрах планеты и на ее поверхности миллиарды лет назад. Одним из подходов к решению этой задачи является изучение древних метеоритов, которые могут содержать фрагменты поверхности или части коры Марса.

Тем не менее, основная сложность заключается в том, что большая часть марсианских метеоритов, доступных исследователям, имеет относительно небольшой возраст. Три основные группы этих метеоритов – шерготтиты, наклиты и шассиньиты – образовались около 2,4 миллиарда лет назад. При этом сам Марс значительно старше: многие его области сформировались более трех миллиардов лет назад.

В течение 2022 года в пустынной местности Сахара, расположенной на севере территории Республики Мали, группа исследователей обнаружила восемь небольших камней, имеющих схожий внешний вид. Предположительно, эти фрагменты ранее являлись частью единого метеорита, который впоследствии распался, поэтому их объединили под названием Teghaza 001. Общий вес найденных обломков составил 798,5 грамма. Наибольший из них имел массу в 442 грамма и диаметр около 10 сантиметров.

В дальнейшем был определен возраст цирконов с использованием методов уран-свинцового и свинцово-свинцового датирования, основанных на анализе соотношения изотопов урана и свинца. Полученные данные свидетельствуют о том, что формирование породы произошло не менее чем 4,1 миллиарда лет назад.

Марсианское происхождение метеорита было установлено на основании комплекса геохимических особенностей, включая изотопный состав кислорода и характерное соотношение железа и марганца в пироксенах.

Планетологам известно свыше 400 марсианских метеоритов. Однако лишь два образца из них по возрасту могут сопоставиться с Teghaza 001. Allan Hills 84001 возрастом 4,1 миллиарда лет и Northwest Africa 7034, включающем в себя отдельные элементы, возраст которых превышает 4,3 миллиарда лет. Однако метеорит Северо-Западной Африки 7034 является брекчией – совокупностью обломков различных горных пород и минералов. В связи с этим он не предоставляет столь же всестороннюю картину истории конкретной древней магматической породы, как это может сделать единый, неразрушенный образец.

Группа ученых, представляющих различные области знаний, во главе со специалистом по планетарной геологии и геохимии Лю Яном ( Yang Liu) из Лаборатории реактивного движения NASA, провела исследование метеорита Teghaza 001. Этот метеорит содержит информацию о мантии, что позволяет одновременно изучать состав ранней коры и следы взаимодействия с жидкостями на поверхности Марса.

На первом этапе Ян и его соратники провели анализ минерального состава и структуры породы. Для микроскопического исследования был изготовлен тонкий срез камня (шлиф), после чего было произведено количественное определение минералов путем измерения площади, занимаемой каждым из них на срезе. Соотношение минералов позволяет установить тип породы, условия ее формирования и особенности процесса охлаждения.

В изученном шлифе плагиоклаз составлял значительную часть – 68 процентов площади. Пироксены в совокупности занимали 25,5 процента: из них около 20 процентов приходилось на пижонит, характеризующийся низким содержанием кальция, а еще 5,5 процента – на авгит, разновидность пироксена с повышенным содержанием этого элемента. Оставшаяся площадь была представлена фосфатами, кремнеземистой межзерновой массой и оксидными минералами.

Высокое содержание плагиоклаза дало возможность отнести образец Teghaza 001 к габбро-диоритам, богатым этим минералом – разновидности магматических пород, сформировавшихся в глубинах земной коры.

В пироксеновых включениях были выявлены тонкие ламели, представляющие собой пластинчатые структуры, образовавшиеся вследствие медленного охлаждения и расслоения твердого минерального раствора на отдельные фазы. На основе анализа этих структур исследователи определили скорость охлаждения примерно в 0,01 градуса Цельсия в год. Этот показатель свидетельствует о крайне медленном процессе остывания породы, вероятно, внутри марсианской коры, а не на ее поверхности.

Последующий анализ был направлен на изучение минералов, подвергшихся изменениям под воздействием мощного удара. В частности, было обнаружено наличие маскелинита, образовавшегося из плагиоклаза в результате колоссального ударного давления, а также рейдит – модификация циркона, представляющая собой самостоятельный минерал с идентичным химическим составом, но отличающимся кристаллической структурой.

Согласно данным, предоставленным исследователями рейдита, давление во время удара составило приблизительно от 10 до 20 гигапаскалей. На основании совокупности полученных признаков было сделано заключение о том, что порода испытала воздействие удара с давлением около 20 гигапаскалей, при этом температура не превысила отметку в 1200 градусов Цельсия.

Особый интерес у специалистов вызвал апатит – минерал, относящийся к фосфатам кальция и обладающий способностью удерживать водород в своей кристаллической структуре. Следует отметить, что гидроксиапатит, являющийся близким родственником апатита, составляет основу минеральной составляющей костной ткани и зубной эмали. Изучение марсианского метеорита с содержанием гидроксиапатита позволило исследователям получить информацию о происхождении древней воды на Марсе.

В июне 2026 года та же научная группа опубликовалаПроведено отдельное исследование, посвященное анализу водорода в апатитах Teghaza 001. В ходе работы ученые провели измерения содержания воды и определили соотношение изотопов водорода в минеральных зернах. Полученные данные свидетельствуют о наличии двух различных водных компонентов, имеющих разное происхождение.

Результаты анализа апатитов указывают на то, что при формировании Teghaza 001 в породе произошло смешивание двух водородсодержащих компонентов с различным изотопным составом. Первый компонент, предположительно, произошел из марсианской мантии и характеризовался относительно низким содержанием дейтерия. Второй же компонент содержал его значительно больше и сохранил химическую информацию о древней марсианской гидросфере.

По мнению ученых, второй компонент оказался в магме из базальтовых пород, ранее контактировавших с водой. В прошлом через эти породы протекали жидкости, связанные с древней гидросферой Марса. Благодаря этому водород, содержащийся в породах, приобрел изотопный состав, характерный для древней марсианской воды. В дальнейшем магма могла «втянуть» подобные жидкости во время остывания в коре или в результате последующих геологических изменений. Таким образом, изотопный след древней воды был зафиксирован в минералах метеорита.

Какова же причина высокого содержания дейтерия в этой воде? Для ответа на этот вопрос необходимо учитывать процесс потери воды Марсом. Вода состоит из двух изотопов водорода: легкого водорода и дейтерия. Атом обычного водорода содержит один протон, а атом дейтерия – протон и нейтрон, что делает его более тяжелым.

Когда солнечное ультрафиолетовое излучение расщепляло молекулы водяного пара в атмосфере Марса, высвобождавшийся водород постепенно покидал планету и улетал в космос. При этом легкий водород удалялся из атмосферы гораздо быстрее, чем более тяжелый дейтерий. Дейтерий также терялся, но с меньшей скоростью. В результате концентрация дейтерия в оставшейся воде неуклонно возрастала.

Определив соотношение изотопов водорода в апатитах, ученые смогли установить его значение для древней марсианской гидросферы. Согласно их расчетам, около 4,1 миллиарда лет назад отношение дейтерия к обычному водороду в воде было как минимум примерно в два раза больше, чем в современных земных океанах. Это подтверждает предположение о том, что на первых сотнях миллионов лет своего существования Марс пережил потерю водорода, первичной атмосферы и значительных объемов воды.

Сравнительный анализ минералогического состава метеорита Teghaza 001 с данными, полученными в результате орбитальных исследований Марса, позволил ученым определить тринадцать потенциальных районов его формирования. Наиболее вероятным местом происхождения считается древняя южная горная местность планеты, расположенная к северо-западу от равнины Эллада. Тем не менее, на текущем этапе остается невозможным определение точного места выброса этой породы в космическое пространство.

В настоящее время эксперты провели анализ лишь незначительной части найденного материала. Дальнейшие исследования могут предоставить дополнительные сведения о его составе и источнике.

Научная работа опубликована в журнале Science.