A composição química das rochas de Marte guarda informações sobre processos que ocorreram há bilhões de anos, quando o planeta ainda apresentava intensa atividade vulcânica. Entretanto, algumas dessas informações parecem contraditórias. Enquanto meteoritos marcianos apresentam características associadas a condições relativamente oxidantes, os modelos do interior do planeta indicam que parte de seu manto deveria ter evoluído em um ambiente químico muito mais redutor, especialmente nas proximidades do núcleo metálico.
Uma nova pesquisa realizada por Hideharu Kuwahara e Ryoichi Nakada, da Universidade de Ehime, no Japão, propõe uma explicação para essa diferença. O estudo, publicado na revista Journal of Geophysical Research: Solid Earth, investigou o comportamento de um mineral chamado majorita, pertencente à família das granadas e formado sob pressões elevadas no interior de planetas rochosos. Os resultados mostram que sua estrutura cristalina pode incorporar quantidades consideráveis de ferro oxidado, mesmo quando o ambiente ao redor apresenta condições fortemente redutoras.
A descoberta oferece uma nova perspectiva sobre como o ferro pode ser distribuído entre os minerais do manto e os materiais fundidos que deram origem às rochas vulcânicas de Marte. Também sugere que a composição química dessas rochas não depende apenas das condições gerais de oxidação do interior planetário, mas dos minerais que se formaram e das transformações ocorridas durante sua evolução.
O enigma químico do interior marciano
Para compreender o problema, é necessário considerar a maneira como Marte se formou. Durante os primeiros estágios de sua história, há aproximadamente 4,5 bilhões de anos, o planeta passou por um processo de diferenciação interna. Materiais mais densos, especialmente o ferro metálico, concentraram-se nas regiões centrais, formando o núcleo, enquanto os silicatos passaram a constituir o manto e a crosta.
A presença de ferro metálico influencia as condições químicas dos materiais ao seu redor. Em ambientes redutores, o oxigênio disponível para determinadas reações é relativamente limitado, favorecendo estados de oxidação mais baixos do ferro. Já em condições mais oxidantes, uma proporção maior desse elemento pode ocorrer na forma férrica, representada quimicamente por Fe³⁺.
Essa distinção é importante porque a proporção entre ferro ferroso, Fe²⁺, e ferro férrico, Fe³⁺, fornece informações sobre as condições em que os minerais e os magmas se formaram. Ao analisar meteoritos provenientes de Marte, os pesquisadores encontram registros que ajudam a reconstruir a evolução química de seu interior. Parte dessas evidências, entretanto, sugere condições mais oxidantes do que aquelas esperadas para materiais próximos ao núcleo marciano.
A estrutura interna do planeta também passou a ser investigada com maior precisão graças à missão InSight, da NASA. Os dados sísmicos obtidos pelo módulo de pouso contribuíram para modelos que indicam a existência de uma camada de silicatos fundidos ou parcialmente fundidos acima do núcleo. Essa região é especialmente interessante porque sua proximidade com materiais metálicos pode influenciar o equilíbrio químico do ferro.
O desafio, portanto, é compreender como minerais e magmas podem preservar características oxidantes mesmo quando determinados ambientes profundos apresentam condições redutoras. Os pesquisadores japoneses investigaram se a resposta poderia estar relacionada à maneira como o ferro é incorporado pela majorita.
Um mineral que se forma sob pressões extremas
A majorita é uma variedade de granada cuja estrutura cristalina se torna estável em condições de alta pressão. Embora pertença à mesma família mineralógica de algumas pedras utilizadas em joias, sua importância para a geologia planetária está relacionada à capacidade de registrar processos que ocorrem em grandes profundidades.
No interior de Marte, condições adequadas para sua formação podem existir nas regiões profundas do manto, onde as pressões alcançam valores muito superiores aos encontrados na superfície. No estudo, os pesquisadores investigaram materiais submetidos a aproximadamente 18 gigapascais, o equivalente a cerca de 180 mil vezes a pressão atmosférica terrestre ao nível do mar.
Para reproduzir essas condições, a equipe utilizou equipamentos capazes de comprimir pequenas amostras de composição semelhante à de materiais marcianos. Os experimentos também envolveram temperaturas entre aproximadamente 2.150 e 2.200 graus Celsius e a presença de ferro metálico, com o objetivo de investigar o comportamento dos minerais em condições fortemente redutoras.
Após o processamento das amostras, os pesquisadores analisaram os materiais formados utilizando técnicas de raios X no síncrotron SPring-8, uma instalação japonesa que permite investigar a estrutura e a composição química de materiais em escalas muito pequenas. Essas medições possibilitaram determinar como o ferro estava distribuído nos minerais e identificar suas diferentes formas de oxidação.
Os resultados revelaram uma característica importante da majorita: entre aproximadamente 11% e 21% do ferro incorporado à sua estrutura estava presente na forma férrica, Fe³⁺. Essa proporção foi significativamente maior do que a encontrada em outros silicatos produzidos durante os experimentos.
Isso significa que a majorita consegue concentrar ferro oxidado em sua estrutura cristalina mesmo quando se forma em um ambiente que, de maneira geral, favoreceria condições redutoras. O comportamento demonstra que a composição de um mineral pode diferir consideravelmente das características químicas médias do material ao seu redor.
Como a majorita pode ter influenciado a evolução de Marte
Durante a formação e o resfriamento inicial de Marte, grandes volumes de material rochoso podem ter permanecido fundidos, constituindo o que os cientistas chamam de oceano de magma. À medida que esse material esfriava, diferentes minerais começavam a cristalizar, separando-se progressivamente do líquido restante e modificando sua composição química.
Os resultados experimentais sugerem que, durante esse processo, a majorita poderia incorporar ferro férrico de maneira preferencial. Essa capacidade influenciaria a distribuição do ferro entre os cristais e o material fundido, alterando as condições químicas das diferentes regiões do manto.
Ao longo da evolução planetária, movimentos internos, fusão parcial e processos de transporte de material poderiam modificar novamente essa distribuição. Minerais formados em grandes profundidades também poderiam se transformar em outras fases minerais ao alcançar regiões de menor pressão, liberando ou redistribuindo parte do ferro anteriormente incorporado.
Essas transformações oferecem um mecanismo possível para relacionar processos ocorridos nas profundezas do planeta às características químicas registradas posteriormente em rochas vulcânicas. A composição de um magma que alcança a superfície não depende apenas do ambiente em que foi originalmente produzido, mas também das reações e separações minerais que ocorreram durante sua história.
Entretanto, os experimentos não demonstram que cristais de majorita tenham sido transportados diretamente até a superfície marciana ou que todos os meteoritos oxidantes tenham adquirido suas características por esse mecanismo. O estudo identifica uma propriedade mineralógica capaz de contribuir para explicar a evolução do ferro no interior do planeta, mas sua importância em escala planetária ainda depende de modelos adicionais.
O que a descoberta pode revelar sobre a Terra
Embora a pesquisa tenha sido motivada por questões relacionadas a Marte, seus resultados também podem contribuir para compreender a evolução química do interior terrestre. A Terra possui um manto muito mais profundo, submetido a pressões que permitem a estabilidade de diferentes minerais em suas várias regiões.
Entre eles está a bridgmanita, um silicato abundante no manto inferior terrestre e capaz de incorporar ferro em diferentes estados de oxidação. Assim como a majorita, sua estrutura cristalina influencia a distribuição de elementos químicos e pode modificar as condições de oxidação dos materiais com os quais interage.
Quando materiais do manto se deslocam entre regiões submetidas a pressões distintas, alguns minerais deixam de ser estáveis e passam por transformações. Essas mudanças podem redistribuir o ferro entre diferentes fases minerais, afetando a composição química do material ao redor. A compreensão desses processos é importante para investigar a formação de magmas, a circulação de materiais no interior dos planetas e a evolução de suas camadas profundas.
Os resultados também reforçam uma característica fundamental da geologia planetária: as condições químicas registradas em uma rocha não representam necessariamente, de maneira simples e direta, todo o ambiente em que ela se formou. Minerais específicos podem concentrar determinados elementos e estados de oxidação, preservando registros que precisam ser interpretados à luz de sua estrutura cristalina e das condições físicas de formação.
No caso de Marte, a majorita surge como uma possível peça para compreender a relação entre o manto profundo, a diferenciação inicial do planeta e a composição dos materiais vulcânicos encontrados atualmente. Novos experimentos e modelos poderão determinar até que ponto esse mecanismo contribuiu para produzir as características químicas observadas nos meteoritos marcianos.
A pesquisa mostra como propriedades de um mineral formado sob condições extremas podem ajudar a reconstruir processos ocorridos há bilhões de anos, em regiões do interior de Marte que ainda não podem ser observadas diretamente.
Sobre a Imagem: Conceito artístico do interior de Marte.
Créditos da Imagem: JPL/NASA.
Artigo Científico: https://www.eurekalert.org/news-releases/1132289