火星ジェゼロ・クレーターの炭酸塩地帯、正体は「水で変質した火成岩」

軌道からの観測では、火星・ジェゼロ・クレーターの「マージン・ユニット」は、かつて存在した湖の岸辺に炭酸塩が堆積した地層に見えていた。しかし、NASAの探査車パーサヴィアランスが現地で岩石を調べた結果、見えてきたのは別の姿だった。ここを構成するのは、粗い結晶粒をもつオリビンに富む火成岩であり、岩石ができた後に水との反応を少なくとも3回経験していた。23

つまり、この場所は単純な「古代湖の堆積記録」ではなく、初期火星で水が岩石の中をどう動き、化学組成をどう変えたかを重ね書きのように保存する地質記録だった。

炭酸塩があることだけでは、湖の堆積物とはいえない

軌道観測が捉えた炭酸塩のシグナル自体は本物だった。ただし、炭酸塩が検出されたからといって、それが水中で堆積した湖底の地層であるとは限らない。

マージン・ユニットの岩石には、ミリメートル規模の粗い粒状組織と、オリビンに富む鉱物組成が確認された。これは堆積岩より、火山活動やマグマに由来する火成岩と整合的だ。研究チームは、これらの岩石が火山起源で形成された後、二酸化炭素を溶かし込んだ液体の水との反応で変質したと結論づけた。3

重要なのは、岩石が最初にできた過程と、その後に受けた変化を分けて考えることだ。湖底の炭酸塩堆積物なら、水から沈殿・堆積して岩石になる。一方、ここでの炭酸塩は、すでに存在していた超苦鉄質の火成岩が水によって変化する過程で生じた二次的な鉱物とみられる。

オリビンの核の周囲を縁取る鉄・マグネシウム炭酸塩、含水シリカ、フィロケイ酸塩、クロマイト粒子は、この変質の履歴を物語っている。3

岩石に残った「少なくとも3回」の水作用

1. CO₂に富む地下水がオリビンと反応した

最初の大きな変質では、溶存二酸化炭素（CO₂）に富む水が、オリビンを多く含む岩盤を通ったと考えられる。根拠は、割れたオリビン粒の周りにみられる鉄・マグネシウム炭酸塩の縁取りと、炭酸塩に富む尾根状の構造だ。3

この水と岩石の反応は、軌道から目立っていた炭酸塩シグナルを説明できる。すなわち、CO₂を含む地下水が火山岩を変質させても炭酸塩はできるため、マージン・ユニット全体を「湖でできた一次的な炭酸塩層」と考える必要はない。23

2. 古代湖の水位と対応する、シリカに富む変質

推定される古代湖の最高水位より低い標高では、岩石の変化がより顕著で、シリカに富む物質も確認された。マージン・ユニットには高いシリカ含有量を示す観測対象があり、SuperCamのラマン分光観測は、少なくとも1つの対象で結晶質シリカの存在を支持している。2

この標高に沿った分布は、変質がジェゼロ・クレーターの湖の時代、あるいはその時期に活動した流体と関係していた可能性を示す。ただし、現時点のデータが確立しているのは、シリカ濃集と古代湖の水位との関係である。すべてのシリカを含む岩石について、湖水だけが唯一の形成メカニズムだったとまでは断定できない。23

3. 後の流体が割れ目を埋め、鉱物脈をつくった

さらに新しい段階の流体活動は、既存の岩盤を横切る鉱物脈として残っている。観測では、硫酸カルシウムとフッ化カルシウム、すなわち蛍石を含む脈や尾根状構造が確認された。12

これらは後からできた割れ目充填物であるため、炭酸塩を生んだ変質とは化学的に異なる、より後期の流体循環を示す。報告では加熱された地下での循環が示唆されているが、温度を探査車が直接測定したわけではない。この解釈は、後期の鉱物組み合わせと、割れ目を通る流体という産状に基づく推論だ。212

ジェゼロの「水の歴史」はより複雑になった

マージン・ユニットは、1つのクレーター湖の岸辺に炭酸塩を含む堆積物がたまった、という単純な筋書きには収まらない。

パーサヴィアランスのデータが指すのは、火山・マグマ起源の岩石が、性質の異なる水と繰り返し相互作用した履歴である。具体的には、CO₂に富む地下水、古代湖の環境と結び付くシリカを伴う変質、そして後に割れ目を通って流れた鉱物を含む流体だ。23

この結果は、ジェゼロだけの話ではない。軌道からの鉱物検出を解釈する際には、岩石の細かな組織や化学組成を現地で確認する必要があることを示している。同じ炭酸塩シグナルでも、湖での直接的な堆積を意味する場合もあれば、地下水が火成岩を変質させた結果である場合もある。

火成岩でも、生命探査の価値は失われない

解釈が変わっても、マージン・ユニットの重要性が下がるわけではない。水と岩石の反応が繰り返されれば、化学的に多様な環境が生まれ、流体が地中を移動した記録を鉱物として残しうる。NASAはこの地点を、水に関わる複数の系が交差した場所と表現している。2

ただし、慎重に区別すべき点もある。複数回の水作用の証拠は、そこで生命が存在した証拠ではない。また、探査車の観測だけでは各イベントの正確な年代も決められない。生命の痕跡（バイオシグネチャー）の検証や、水の歴史の年代精度を高めるには、採取された試料を将来地球へ持ち帰り、研究室で詳しく分析することが必要になる。23