L'astropédologie est l'étude des sols planétaires, via celle des paléosols terrestres très anciens et de certaines météorites. C'est une branche de la science du sol (pédologie) qui vise comprendre notre place dans l'univers et notamment l'origine de la vie. Une définition géologique du sol est . Les sols sont parfois définis par l'activité biologique, mais peuvent l'être également par des processus biologiques, chimiques ou physiques. Cette définition pose la question des sols et paléosols martiens : étaient-ils vivants ? Les colloques d'astropédologie sont un nouvel axe des rencontres scientifiques sur les sciences du sol. Les progrès dans la compréhension des mécanismes chimiques et physiques de la pédogenèse sur d'autres corps planétaires ont en partie conduit la Soil Science Society of America (SSSA) en 2017 à mettre à jour la définition du sol : .
Lune vignette|Sol lunaire et empreintes près de Hadley Rille vignette|Agglutinat lunaire vignette|Section mesurée et composition du noyau d'Apollo 15 sur la Lune
Composition du paléosol lunaire
La surface de la Lune est recouverte de régolithe lunaire, un mélange de poussière fine et de débris rocheux produit par des impacts de Météorites. Les astronautes ont trouvé peu d'échantillons de roche à ramasser sur des surfaces de régolithe matures. Les roches avaient toutes été réduites en grains fins par le bombardement de micrométéorites au cours des derniers milliards d'années. La majeure partie du régolithe lunaire est constitué d'un sol gris fin, de brèche et de fragments de roche du substratum rocheux local. Les ravages continus des micrométéorites désintègrent davantage de roches et font fondre les particules de sol. Ce magma, mélangé à des fragments lithiques, forme des amas irréguliers appelés agglutinats.. Le sol lunaire possède des matériaux à grains fins et non consolidés, mal trié, possédant une porosité élevée (41-70 %) et une densité relativement faible () par rapport à la densité de particules constitutives (). Les particules de roche trouvées dans le paléosol lunaire varient en granulométrie (allant de grains de la taille d'un limon à la taille d'un rocher) et comprennent des fragments d'anorthosite des hautes terres et de basalte marin provenant d'impacts de météorites. Les grains minéraux dans les paléosols lunaires qui en forment la plus grande part, sont de la taille d'un limon () et proviennent des cristaux des basaltes lunaires. Les paléosols étudiés contiennent de nombreux minéraux de plagioclase et de pyroxène (allant de quelques-uns à 40 %). Les minéraux d'olivine y sont parmi les plus rares. Des grains d'ilménite, de spinelle, des particules métalliques de kamacite et de taenite, du phosphure (schreibersite) et du sulfure (troïlite) ont également été trouvés dans les paléosols lunaires. Cependant, ils sont également beaucoup moins courants que le plagioclase et le pyroxène. Les particules de verre sont la troisième catégorie des composants du sol trouvé dans les paléosols lunaires ; il en existe deux types principaux : les verres homogènes et les agglutinats. Les verres homogènes sont de taille variable () et se présentent généralement sous forme de particules de verre en forme d'haltère ou de larme. On suppose que ces particules se sont formées à partir des cendres volcaniques ou de roches fondues résultant de la chaleur dégagée par les impacts de météorites. Les agglutinats sont faits d'agrégats hétérogènes liés au verre de taille variable () et sont décrits comme des masses irrégulières de verre et de cristaux. Ces particules de verre sont liées par des ponts de ciment vitreux aux minéraux et aux fragments de roche et sont généralement en forme d'anneau ou de bol, un peu comme un cratère. Des agglutinats en forme d'anneau ou de cuvette se forment en propageant vers l'extérieur la fonte d'impact qui a cimenté les grains de sol environnants. Des formes d'agglutinats moins courantes ou moins définissables sont apparues en raison de la cimentation de gouttes éparses de fonte d'impact ou de parties d'agglutinats brisés lors d'impacts ultérieurs. Les paléosols lunaires ressemblent étroitement au matériau d'origine en composition chimique et physique. Bien que ces paléosols lunaires sont plus issus de phénomènes physiques que chimiques, les processus chimiques ont formé de minces anneaux amorphes () dans le sol résultant du refroidissement local de la vapeur des impacts de météoroïdes. Ces impacts ont provoqué un enrichissement en silice (Si) et en soufre (S) et un appauvrissement en magnésium (Mg), calcium (Ca), aluminium (Al) et titane (Ti). De plantes hypothétiques trouveraient tous les minéraux essentiels et en quantités suffisantes à leur croissance. De la matière organique sous forme d'acides aminés a été détectée dans des échantillons lunaires des missions Apollo, mais des solides indices isotopiques et moléculaires de ces composés suggèrent une contamination terrestre comme source.
Formation du sol lunaire Les mécanismes supposés de la formation du paléosol lunaire englobent le bombardement de micrométéoroïdes, le mélange du sol résultant de la séparation de charge induite par l'énergie solaire, la fatigue thermique ou le brassage du sol causé par les changements de température et la pulvérisation du sol. Des impacts à plus grande échelle affecteraient la formation du sol sur la Lune, interrompant ce processus en libérant des couches d'éjectas. La formation du sol lunaire est caractérisée par le niveau d'altération par les micrométéoroïdes, et s'opère en plusieurs stades de développement. Les premières étapes consistent en une couverture à gros grains et mal triée d'éjectas d'impact. Dans les étapes suivantes, le bombardement de micrométéoroïdes décompose le matériau en grains encore plus fins, ce qui augmente la proportion d'agglutinats. Ce bombardement micrométéoroïde ajoute également du métal météoritique et réduit le fer () en silicates en fer métallique dans le sol. Les agglutinats et le métal assombrissent le sol pendant une longue période. Le haut de la tranche de sol lunaire est hautement enrichi en agglutinats et en indice ferromagnétique, ce qui reflète souvent une diffusion accrue causée par de grands impacts de matériaux au fil du temps. Le temps de formation des paléosols lunaires est variable et peut prendre jusqu'à des centaines de millions d'années pour certains. Le temps de formation du sol sur la Lune a été calculé sur la base de la fréquence des impacts de micrométéoroïdes de tailles capables de former des agglutinats. Ces calculs démontrent qu'il y a des taux de formation de sol comparativement beaucoup plus lents sur la Lune que sur Terre. On a calculé à partir des observations le temps de formation du sol sur la base des taux de production de cratères qui suggèrent une durée de pour mélanger les supérieurs du sol lunaire.
Mars
vignette|Paléosols vieux de d'années dans la baie de Yellowknife, cratère Gale, Mars, photographiés par le rover Curiosity. La découverte de paléosols sur Mars provient de télédétection in situ et orbitale de la surface martienne. Des analyses chimiques/minéralogiques au sol (Mars Science Laboratory) et des photographies (Mastcam, MAHLI) du rover Curiosity dans le cratère Gale sur Mars ont montré des similitudes avec les horizons du sol et les structures du sol trouvés sur Terre. L'altération graduelle et la perturbation du sol par des fissures et des veines de dilatation, compatibles avec les soluans des sols désertiques, des structures ped en blocs angulaires, des coins de sable, un horizon gypsique peu profond (By) et une structure vésiculaire sont des preuves morphologiques. Des structures comme celles trouvées dans les sols désertiques de la Terre causées par la production de gaz microbien après les pluies (structure vésiculaire) ont été reconnues sur Mars, mais des preuves définitives de la vie sur Mars n'ont pas encore été obtenues. Les abondances minérales dans les paléosols montrent une altération de l'olivine en smectite et un modeste appauvrissement en phosphore. Une telle altération hydrolytique est comparable à celle trouvée sur Terre. Les caractéristiques chimiques et morphologiques des paléosols de la baie de Yellowknife sont une source supplémentaires de preuves du paléoclimat noachien tardif () sur Mars et sont interprétées comme se formant sous un paléoclimat glacial hyperaride. La datation radiométrique suggère que les paléosols de la baie de Yellowknife ont d'années ( d'années) et révèlent un changement des conditions possibles « chaudes et humides » du noachien précoce () à un climat extrêmement aride et froid avec formation de sol limitée.
La télédétection de la surface martienne par l'instrument CRISM de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) et le spectromètre de cartographie minéralogique infrarouge (OMEGA) a détecté la présence d'argiles phyllosilicates dioctaédriques et trioctaédriques dans des milliers de gisements à la surface de la planète.. 44th Lunar and Planetary Science Conference (2013). La caractérisation orbitale de la minéralogie martienne est principalement dérivée des spectres visible/proche infrarouge (VNIR) des roches contenant des minéraux argileux. Ces zones comprennent le cratère Gale, Mawrth Vallis, Oxia Planum et Nili Fossae, entre autres, et datent de . Il existe deux hypothèses pour expliquer la formation et la distribution des argiles phyllosilicates sur Mars :
L'activité souterraine et hydrothermale et/ou diagenèse qui donnent des phyllosilicates trioctaédriques, L'altération chimique de surface/subaérienne, par exemple, la pédogenèse.... qui donne des phyllosilicates dioctaédriques.
Il est important de noter que certaines de ces zones (Mawrth Vallis et Oxia Planum) ont des profils d'altération des smectites Al recouvertes de smectites Fe/Mg (qui semblent toutes être dioctaédriques), puis des phases peu cristallines/amorphes comme l'allophane et l'imogolite. Ces profils d'altération sont coiffés par un dépôt igné d'environ 3,7 à 3,6 Ga qui peut être un dépôt pyroclastique ou un grès mafique, similaire aux paléosols enfouis sous des dépôts ignés sur Terre.. Ces profils stratigraphiques semblent avoir jusqu'à d'épaisseur, avec des couches individuelles de d'épaisseur ou moins.. Cette stratigraphie reflète le refroidissement et l'assèchement possibles de la Mars noachéenne et peut préserver la matière organique ou d'autres biosignatures en raison de la teneur en argile exceptionnellement élevée () et la minéralogie argileuse (smectites 2:1) de ces roches enfouies.
Agriculture sur la Lune et sur Mars