Cabeço de Vide (CDV) serpentines and their implications for Mars

Abstract

Serpentines are a group of hydrous magnesium-rich silicate minerals that are formed through a geological process called serpentinization. They are typically derived from the alteration of certain types of rocks, particularly ultramafic rocks, in the presence of liquid water. Serpentines hold significant importance for the study of life on Mars as they provide evidence of past water activity, offer potentially habitable environments for microbial life, preserve organic compounds and biosignatures, and guide future exploration and sample return missions. Understanding the role of serpentines in the Martian geological and astrobiological context is crucial for unraveling the mysteries surrounding the potential existence of life on the Red Planet. Because of its accessibility and active serpentinization, the hydrothermally altered mafic-ultramafic complex from Cabeço de Vide (CdV), Portugal, provides a unique opportunity for the investigation and study of continental serpentinized rocks on Earth, emphasizing the fact that CdV ultramafics are not ophiolites, but associated with the intrusion of a mafic/ultramafic pluton (Rocha et al., 2017; Marques et al., 2008, 2018). In this context, CdV is proposed as an excellent mineralogical environment to study as a Mars analog, especially as serpentine detections have been reported at the selected Mars 2020 (Perseverance) rover landing site, Jezero Crater. The two fundamental objectives within this document are a more detailed study of the CdV ultramafic rocks, specifically from drill core AC2, in what concerns textural and mineralogical features, and the characterization of waters collected from streams, springs and boreholes in the study area, in order to fully understand the water-rock interaction process occurring at depth. To achieve such results, techniques like X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Fluorescence (XRF), Attenuated Total Reflectance Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used, which will provide a detailed database concerning the compositional features of the minerals making up the ultramafic rocks and their serpentinized derivatives exhibiting variable degrees of serpentinization. Such information will be of great usefulness to record compositional evolution in minerals during the serpentinization process, as well as providing a greater context on the serpentine bodies on Earth as an important approach to understand geochemical processes on Mars. The results obtained confirmed the importance of water/rock interactions occurring at depth in Cabeço de Vide, while corroborating all the information that emphasizes the lithological similarities between the study area and Jezero Crater, with the identification of carbonates, smectites, serpentines, iron oxides, and others. This thesis concludes that the Cabeço de Vide mafic-ultramafic hydrothermal complex and its serpentines emphasize the importance of studying and fully understanding the role of serpentinization processes in the study of potential microbial life.

Serpentinas representam um grupo de minerais hidratados ricos em magnésio que se formam através de um processo geológico denominado serpentinização. Derivam, geralmente, da alteração de um determinado tipo de rocha, particularmente as rochas ultramáficas, na presença de água no estado líquido. Serpentinas têm uma importância significativa no estudo de vida em Marte, devido à sua capacidade de fornecer evidências de atividade antiga que envolve água, oferecem possíveis condições para vida microbiana, preservam compostos orgânicos e bio assinaturas, e guiam possíveis futuras explorações e missões de recuperação de amostras. Entender de forma detalhada a relevância das serpentinas no contexto geológico e astrobiológico de Marte é crucial para perceber e desvendar os mistérios que existem em relação à possível existência de vida no planeta Vermelho. Tendo em conta a sua acessibilidade e serpentinização ativa, o complexo hidrotermal máfico/ultramáfico de Cabeço de Vide (CdV), Portugal, representa uma oportunidade única para a investigação de rochas na Terra com serpentinização continental, dando ênfase ao facto dos ultramáficos de CdV não serem ofiolitos, mas sim associados à intrusão de um plutão máfico/ultramáfico (Rocha et al., 2017; Marques et al., 2008, 2018). Neste contexto, CdV é proposto como um ambiente mineralógico excelente para estudo como análogo de Marte, especialmente considerando as deteções de serpentinas no local de aterragem da missão Mars 2020 (Perseverance), Jezero Crater. Esta dissertação tem como principais objetivos o estudo detalhado das rochas ultramáficas de Cabeço de Vide, especificamente do furo AC2, no que toca a características texturais e mineralógicas, assim como a caracterização das águas recolhidas da ribeira, fontes e furos na área de estudo, de forma a entender os processos de interação água-rocha que ocorrem em profundidade. De forma a obter tais resultados, técnicas como difração de raios-X (XRD), fluorescência de raios-X (XRF), espetroscopia de reflectância total atenuada de infravermelho por transformada de Fourier (ATR-FTIR) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM) foram utilizadas, que vão fornecer uma base de dados detalhada das características dos minerais que compõem as rochas ultramáficas e os seus derivativos serpentinizados, que representam vários graus e etapas de serpentinização. Toda esta informação será bastante útil para registar a evolução composicional nos minerais durante o processo de serpentinização, assim como fornecer um contexto maior nas serpentinas em Terra como uma abordagem importante para perceber em detalhe os processos geológicos em Marte. Os resultados obtidos confirmaram a importância das interações rocha-água que ocorrem em profundidade em Cabeço de Vide, enquanto corroboram toda a informação que enfatiza as semelhanças litológicas entre a área de estudo e Jezero Crater, Marte, através da identificação de carbonatos, esmectites, serpentinas, óxidos de ferro, entre outros. Com a presente dissertação, conclui-se que o complexo hidrotermal máfico-ultramáfico de Cabeço de Vide e as suas serpentinas enfatizam a importância do estudo e completa compreensão do papel dos processos de serpentinização no estudo de potencial vida microbiana.