Nowo odkryty węgiel może dostarczyć wskazówek dotyczących starożytnego Marsa

Łazik NASA Curiosity wylądował na Marsie 6 sierpnia 2012 roku i od tego czasu przeszukiwał krater Gale, aby pobrać próbki i przesłać wyniki do domu, aby naukowcy mogli je zinterpretować. Analiza izotopów węgla w próbkach osadów pobranych z sześciu odsłoniętych miejsc, w tym z odsłoniętego klifu, daje naukowcom trzy prawdopodobne wyjaśnienia pochodzenia węgla – pył kosmiczny, rozpad dwutlenku węgla w ultrafiolecie lub rozkład biologicznie produkowanego metanu w ultrafiolecie.

Naukowcy odnotowali dziś w Materiały Narodowej Akademii Nauk Że „wszystkie trzy z tych scenariuszy są niekonwencjonalne, w przeciwieństwie do powszechnych procesów na Ziemi”.

Węgiel ma dwa stabilne izotopy, 12 i 13. Patrząc na ilość każdego z nich w substancji, naukowcy mogą określić szczegóły dotyczące obieg węgla Co się wydarzyło, nawet jeśli wydarzyło się to bardzo dawno temu.

„Ilości węgla 12 i węgla 13 w naszym Układzie Słonecznym to ilości, które były obecne, kiedy układ słoneczny się formował” – powiedział Christopher H. House, profesor nauk o Ziemi w Penn State. „Oba są obecne we wszystkim, ale ponieważ węgiel 12 reaguje szybciej niż węgiel 13, patrzenie na względne ilości obu w próbkach może ujawnić cykl węglowy”.

Curiosity, kierowany przez NASA Jet Propulsion Laboratory w południowej Kalifornii, spędził ostatnie dziewięć lat na badaniu krateru Gale, który odsłonił warstwy starożytnych skał. Sonda wbiła się w powierzchnię tych warstw i pobrała próbki z zakopanych warstw osadowych. Ciekawość podgrzewała próbki bez dostępu tlenu, aby oddzielić wszelkie chemikalia. Analiza spektroskopowa frakcji zredukowanego węgla z tej pirolizy wykazała szeroki zakres ilości węgla 12 i węgla 13 w zależności od tego, gdzie i kiedy utworzono oryginalną próbkę. Część węgla została wyjątkowo zubożona w węgiel 13, podczas gdy inne próbki węgla zostały wzbogacone.

„Próbki bardzo ubogie w węgiel 13 są nieco podobne do próbek z Australii pobranych z osadów, które mają 2,7 miliarda lat” – powiedział House. „Próbki te były wynikiem aktywności biologicznej, gdy metan był konsumowany przez starożytne maty mikrobiologiczne, ale nie możemy tego koniecznie powiedzieć na Marsie, ponieważ jest to planeta, która mogła powstać z innych materiałów i procesów niż Ziemia”.

Aby wyjaśnić wyjątkowo uszczuplone próbki, naukowcy zaproponowali trzy możliwości – a kosmiczny pył Chmura, promienie ultrafioletowe rozkładają dwutlenek węgla lub ultrafioletowy rozkład biologicznie produkowanego metanu.

Według House’a co kilkaset milionów lat Układ Słoneczny przechodzi przez galaktyczny obłok molekularny.

– Nie pozostawia dużo kurzu – powiedział House. „Trudno jest zobaczyć którekolwiek z tych zdarzeń osadzania w zapisie Ziemi”.

Aby utworzyć warstwę Curiosity może próbka, obłok pyłu galaktycznego najpierw obniżyłby temperaturę na Marsie, który wciąż ma wodę, i stworzyłby lodowce. Pył osiadłby na wierzchu lodu i musiałby pozostać na miejscu, gdy lodowiec się stopi, pozostawiając warstwę brudu zawierającego węgiel.

Jak dotąd istnieją ograniczone dowody na istnienie lodowców w kraterze Gale na Marsie. Zdaniem naukowców „To wyjaśnienie jest rozsądne, ale wymaga dalszych badań”.

Drugim możliwym wyjaśnieniem mniejszych ilości węgla 13 jest konwersja dwutlenku węgla w ultrafiolecie do związków organicznych, takich jak formaldehyd.

„Są artykuły, które przewidują, że promienie UV mogą powodować tego rodzaju fragmentację” – powiedział House. „Potrzebujemy jednak więcej wyników eksperymentalnych, które wykażą ten rozmiar fragmentacji, abyśmy mogli wykluczyć lub wykluczyć to wyjaśnienie”.

Trzecia możliwa metoda wytwarzania próbek zubożonych w węgiel 13 ma podłoże biologiczne.

Na Ziemi silna sygnatura węgla 13 zubożonego na pradawnej powierzchni wskazuje na wcześniejsze drobnoustroje, które zużywały wytwarzany przez drobnoustroje metan. Starożytny Mars mógł mieć duże pióropusze metanu, które zostały uwolnione z wnętrza Ziemi, gdzie produkcja metanu była energetycznie korzystna. Następnie uwolniony metan może zostać zużyty przez drobnoustroje powierzchniowe lub wchodzić w reakcję ze światłem ultrafioletowym i osadzać się bezpośrednio na powierzchni.

Jednak według naukowców nie ma obecnie osadowych dowodów na obecność drobnoustrojów powierzchniowych na dawnych marsjańskich krajobrazach, więc wyjaśnienie biologiczne podkreślone w artykule opiera się na światło ultrafioletowe Aby umieścić sygnał węgla 13 na Ziemi.

„Wszystkie trzy możliwości wskazują na niezwykły cykl węglowy, niepodobny do niczego na dzisiejszej Ziemi” – powiedział House. „Ale potrzebujemy więcej danych, aby wiedzieć, która z nich jest właściwa interpretacja. Byłoby dobrze, gdyby łazik wykrył duży pióropusz metanu i zmierzył jego izotopy węgla, ale gdy tam metan kolumny, z których większość jest mała, i żaden wózek nie pobrał ani jednej próbki wystarczająco dużej, aby zmierzyć izotopy. „

House zwraca również uwagę, że znalezienie pozostałości mat mikrobiologicznych lub śladów lodowych osadów może nieco wyjaśnić sprawę.

„Jesteśmy ostrożni w naszej interpretacji, która jest najlepszym sposobem postępowania podczas badania innego świata” – powiedział House.

Curiosity nadal zbiera i analizuje próbki i powróci do eksperymentu, w którym znalazł kilka próbek w tym badaniu za około miesiąc.

„Te badania spełniły długoterminowy cel badania Marsa” – powiedział House. dla różnych rozmiarów węgiel Izotopy – jedno z najważniejszych narzędzi geologii – pochodzą z osadów z innego nadającego się do zamieszkania świata, a robią to na podstawie 9 lat poszukiwań. „

Nad projektem pracował również Gregory M. Wong z Penn State, niedawno doktor nauk o Ziemi.