Les environnements marins de la jeune Terre: 

existeil des analogues sur Mars? 

10ème Colloque pluridisciplinaire d’Orsay 

Beate ORBERGER 

UMR IDES 

Département des Sciences de la Terre

Milieux aquatiques Milieux aquatiques actuelles actuelles et anciennes et anciennes sur Mars sur Mars 

Oc Océ éans ans   d dé ép pôts ôts à à 3,5 3,5 3 milliards d 3 milliards d’ ’ann anné ées es Conditions: Mars versus Terre Conditions: Mars versus Terre 

Natures des d Natures des dé ép pôts en milieux aquatiques ôts en milieux aquatiques S Sé édimentation dimentation et contrôle de l et contrôle de l ’ ’atmosph atmosphè ère re 

Un milieu Un milieu ‘ ‘cl clé’ é’ marin peu marin peu profond profond lacustre lacustre terrestre : terrestre : les gisements d les gisements d’ ’oxydes de fer ruban oxydes de fer rubané és s 

Les Les « « myrtilles myrtilles » » martiennes: martiennes: cible pour la mati cible pour la matiè ère organiques? re organiques?

1 Ga 

3,8 Ga 

2,5 Ga 2 Ga 

3 Ga 

4.55 Ga 

Archéen 

Hadéen 

Protérozoique 

2,32,7 Ga oxygénation de l’atmosphère ? 

3,5 Ga Photosynthèse? 

4 GaFin 

bombardement météoritique Premières traces de vie? 

Amazonien 

Eau Eau superficielle actuelle superficielle actuelle sur Mars sur Mars 

Atmosph Atmosphè ère re: 0,03% d'H 2 O (vapeur) si toute l'eau de l'atmosphère martienne se condensait = > couche de glace de 0,012 mm 95,3% de CO 2 + N ,+ Ar 

Pression: 0.61% de la P terrestre 

Sol : minéraux hydratés (OH):  argiles argiles, sulfates sulfates de K et Ca de K et Ca hydrat hydraté és s; Mg Mg carbonates carbonates silice (SiO 2 ), oxydes de fer oxydes de fer (Fe 2 O 3 , γ Fe 2 O 3 , (FeO) Fe 2 O 3 

Noachien?Héspérien ? 

Amazonien ?

atmosphère 

riche en (CH 4 ) CO 2 …… 

Image Credit: NASA/JPL/Cornell 

Mars Exploration Rover Spirit α particle Xray spectrometer 

Guisev Crater 145 km diameter 

Candor Chasma 

D Dé ép pôts ôts de silice de silice 

Credits ESA / OMEGA / HRSC 

Sulfates de Mg Sulfates de Mg 

Rift 

150 km

10ème Colloque Pluridisciplinaire 

300m 

300m 

"Colorized" subframe of MOC image M0302733 

Image source: Viking Orbiter Mosaic, U.S.G.S 

26.5°S, 33.9°W 

Nirgal Vallis, Valles Marineris 

Holden Crater diamètre: 141 km 

réseaux 

hydrographiques 

(fleuves, rivières, lacs) 

océans? 

avec dépôts de sédiments 

existence d’un/des océan(s) : controversée !

impresssions.org/carbon_footprin 

Les oc Les océ éans de la Terre 3.8 ans de la Terre 3.8 2 2 Ga Ga

Minas Géraïs, Brésil (2,4 Ga) (projet COFECUBCAPES)

PILBARA, nordouest Australie

Quartz SiO 2 

H Hé ématite matite magn magné étite tite magh maghé émite mite  : Oxydes de Fer : Oxydes de Fer… …

? 

Botryoidal "kidney iron ore" (~ 7 cm) Sahara Desert, Morocco. (© photo by Stefano Zizzi www.mineralweb.net) 

Magnetite FeO Fe 2 O 3 

Hematite Fe 2 O 3 

Maghemite Fe 2 O 3 

Hematite 

? 

?

Profiles des jeunes oc Profiles des jeunes océ éans ans: : mod modè èles g les gé éodynamiques odynamiques 

Océans à 3,5 Ga ?: ~60°C, pH: 5,56 ; riches en CO 2 , Si, Mg, Fe.. 

Évolutions des océans 

quartz (SiO 2 ) 

Evaporites NaCl, MgCl (modifié d’après Tucker et Wright, 1990) 

100 % 

3500 Ma  2500 Ma 

Dolomies (Mg,Ca)(CO 3 ) 2 

Calcaires CaCO 3

Processus de formation Précipitation chimique ou biochimique ? 

Structure of ironbinding microbial siderophores and ironbinding eukaryotic proteins For comparison, the actual size and structure of ferric enterobactin is shown next to that of ferritin. 

Implications pour l’évolution de la Jeune Terre Jeune Terre et la recherche recherche des traces de vie sur Mars des traces de vie sur Mars

Lames minces polies des roches: observations microscopiques…… 

Bah, Orberger, Hofmann, Trudyn  (2009), projet Zimbabwe, Afrique du Sud 

Silice 

Oxydes de fer

Magnetite remplace hématite Remplissage des cristaux négatifs 

de quertz Filaments tourdus (twisted 

filaments) 

Precipitate Environnement de dépôt

Sphérules  d’oxydes de fer : structureminéralogie

Sphérules  d’oxydes de fer : structureminéralogie 

hematite 

Inclut dans quartz

Suflures de cuivre 

Mnoxides 

quartz 

CM2 

Magnétite 4.89 (111) 2.55 (311) 2.97 (202) 

Hématite 3.75 (0112) 2.5 (1120) 2.3 (0006) 

CM1 

FIBTEM 

Matière carbonée

CM2 : interface between quartz & spherules 

CM 1 intercroisée oxydes de Fe et Mn 

C 

Fe 

Reminéralisation ? 

Matière carbonée:

WAVELENGTH (cm 1 ) 

CM 3 less mature 

Matière carbonée dans Oxydes de fer et quartz 

mature mature 

RAMAN spectra INTE

NSITY (ARBITRAY UNIT) 

ENS Lyon, C. Wagner, G. Montignac, E. Quirico) 

Maturité de la matière carbonée

δ 13 C‰ 26.15 

21.75 24.24 

16.72 24.66 

24.47 19.98 24.01 23.32 20.77 

C(carbon) et N(azote): traceur de vie?

Origine colloïdale: 2.5. Ga Marra Mamaba Formation Hamersley Basin, Australia; Ahn, 1990 

Ooids 

Concretions à fer : Lacs salins (Lake Brown, Australia; Bowen et al. 2008) 

Spherules Spherules abiotiques abiotiques 

W. Salama et al. 2008 

Agate from Rio Grande do Sul, Brasil 18 x 16 cm

The perfectly spherical cells of the grampositive bacteria, Staphylococcus aureus, grow in grapelike clusters. Each cell is 1 micrometer in diameter 

Micrococcus luteus spherical, Grampositive bacteria found in environment (soil, dust, water, air) (Image: CDC) 

Spherules Spherules biotique ( biotique (bacteria bacteria) )

Cependant…….. 

Précipitation bactérienne de fer : ne produit pas des textures sphérulitiques 

1 µm

Formation des sph Formation des sphé érules rules en oxydes de fer (Inde) en oxydes de fer (Inde) 2.9 2.9 Ga Ga 

Orberger, Wagner, Wirth, Jayananda, Noret, Quirico, Rouchon,Gallien, Montagnac, Hashizume, Massault, sousmis:  ICARUS 

océans océans  continent 

Fluides aqueuses

Fertilisation fer ⇒Production du plankton 

« point chaud aqueux » dans l’océan

Catalyse & reminéralisation 

2. sursaturation + changement radical de la température

encapsuled in quartz 

Précipitation  organomineralique

Retour sur Mars Retour sur Mars Eagle Crater Eagle Crater 

Lander Opportunity 

« Blueberry Champs de myrtilles »

Oxydes de fer Fe 2 O 3 

Hématite 

Eagle Crater (~30 m diameter)

Hématite (Fe 2 O 3 ) sphérules diamètre: 6mm  + 

sulfates 

altération supergène 

Origine chimique ? Origine chimique ? Mais ils peuvent contenir de la mati Mais ils peuvent contenir de la matiè ère organique re organique cibles pour la recherche des traces de cibles pour la recherche des traces de ‘ ‘vie vie’ ’

Image courtesy of NASA. 

Existeil des océans sur Mars? 

Controverse sur hémisphère nord !

L’absence des carbonates n’est pas un argument……. 

..peu de traces sur terre, encore moins sur Mars ?

Precambrian World 2009: Fukuoka, Kyushu, Japon 

Iwo Iwo Dake Dake, , Iwojima Iwojima Island Island

UPS: Aurélie Noret, Marc Massault, Alina Tudryn, Jean Luc Michelot, Mamadou Bah, Camila da Mota Carvalho, Virgile Rouchon (IFP), Valérie Godard, Luce Delabesse, Fabiana Dottori. Jean Paul  Gallien  CEA, Gifsur Yvette Christiane  Wagner  Université Paris VI, Eric  Quirico  Université de Grenoble Gilles  Montignac  ENS Lyon Richard       Wirth  GFZ Potsdam, Allemagne Mudlappa    Jayananda  University of Bangalore, Inde Ko  Hashizume  Osaka University, Japan Daniele       Pinti  GEOTOP, Montreal, Canada Carlos  Rosière  Belo Horizonte, Brésil Axel  Hofmann  University Durban, Afri.du Sud 

….un grand merci à mes étudiants et collègues 

Financ

ement

s: UPS (DRI), PNP

, IDES, COFEC

UBCA

PES, CI, PA

I

Merci de votre attention Merci de votre attention