Curiosity bada krater Gale Mars odkrył nowe dowody na ewolucję klimatu planety.
Badając wartości izotopowe minerałów bogatych w węgiel, naukowcy odkryli, że starożytny Mars prawdopodobnie ulegał ekstremalnemu parowaniu, w wyniku czego powstały węglany w warunkach, w których tylko przez krótki czas mogła istnieć woda w stanie ciekłym.
Odsłonięcie historii klimatu Marsa
NASAŁazik Curiosity, badający obecnie krater Gale na Marsie, odkrywa nowe szczegóły na temat starożytnej zmiany klimatu planety z potencjalnie gościnnego – z dowodami powszechnej wody w stanie ciekłym na powierzchni – do niegościnnego, jałowego krajobrazu, który widzimy dzisiaj.
Choć powierzchnia Marsa jest obecnie lodowata i nieprzyjazna dla życia, robotyczni badacze NASA na Marsie badają, czy dawno temu mogło na niej istnieć życie. Korzystając z instrumentów znajdujących się na pokładzie Curiosity, badacze zmierzyli skład izotopowy minerałów bogatych w węgiel (węglanów) występujących w kraterze Gale, ujawniając nowe spojrzenie na dramatyczne zmiany w dawnym klimacie Marsa.
Zmiany klimatyczne na starożytnym Marsie
„Wartości izotopowe tych węglanów wskazują na ekstremalne ilości parowania, co sugeruje, że węglany te prawdopodobnie powstały w klimacie, w którym może panować jedynie przejściowa woda w stanie ciekłym” – powiedział David Burtt z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland i główny autor książki artykuł opisujący te badania opublikowany 7 października w czasopiśmie „ Postępowanie Narodowej Akademii Nauk. „Nasze próbki nie odpowiadają starożytnemu środowisku, w którym istniało życie (biosfera) na powierzchni Marsa, chociaż nie wyklucza to możliwości istnienia biosfery podziemnej lub biosfery powierzchniowej, która rozpoczęła się i zakończyła przed utworzeniem się węglanów”.
Izotopy to wersje pierwiastka o różnych masach. W miarę wyparowywania wody lekkie wersje węgla i tlenu z większym prawdopodobieństwem przedostawały się do atmosfery, podczas gdy ciężkie wersje częściej pozostawały w tyle, gromadząc się w większych ilościach i w tym przypadku ostatecznie włączając się do skał węglanowych. Naukowcy interesują się węglanami ze względu na ich udowodnioną zdolność do pełnienia funkcji rekordów klimatycznych. Minerały te mogą zachować cechy środowiska, w którym powstały, w tym temperaturę i kwasowość wody oraz skład wody i atmosfery.
Tajemnica marsjańskich węglanów
W artykule zaproponowano dwa mechanizmy powstawania węglanów występujących w Gale. W pierwszym scenariuszu węglany powstają w kraterze Gale w wyniku serii cykli mokrej i suchej. W drugim przypadku węglany powstają w bardzo słonej wodzie w zimnych, tworzących się lodzie (kriogenicznych) warunkach w kraterze Gale.
„Te mechanizmy formowania reprezentują dwa różne reżimy klimatyczne, które mogą przedstawiać różne scenariusze warunków życia” – powiedziała Jennifer Stern z NASA Goddard, współautorka artykułu. „Cykl na mokro i na sucho wskazywałby na przemian środowiska bardziej nadające się do zamieszkania i środowiska mniej nadające się do zamieszkania, podczas gdy temperatury kriogeniczne na średnich szerokościach geograficznych Marsa wskazywałyby na środowisko mniej nadające się do zamieszkania, w którym większość wody jest zamknięta w lodzie i niedostępna dla chemii ani biologii , a to, co tam jest, jest wyjątkowo słone i nieprzyjemne dla życia.”
Dowody izotopowe i implikacje klimatyczne
Te scenariusze klimatyczne dla starożytnego Marsa zaproponowano już wcześniej w oparciu o obecność pewnych minerałów, modelowanie w skali globalnej i identyfikację formacji skalnych. Wynik ten jest pierwszym, w którym dodano dowody izotopowe z próbek skał na poparcie scenariuszy.
Wartości izotopów ciężkich w węglanach Marsa są znacznie wyższe niż te obserwowane na Ziemi w przypadku minerałów węglanowych i są to najwyższe wartości izotopów węgla i tlenu zarejestrowane dla jakichkolwiek materiałów marsjańskich. Zdaniem zespołu do wytworzenia węglanów bogatych w ciężki węgiel i tlen niezbędny jest zarówno klimat wilgotno-suchy, jak i zimny i słony.
„Fakt, że wartości izotopów węgla i tlenu są wyższe niż cokolwiek innego zmierzonego na Ziemi lub Marsie, wskazuje na to, że proces (lub procesy) dochodzi do skrajności” – powiedział Burtt. „Chociaż parowanie może powodować znaczące zmiany izotopów tlenu na Ziemi, zmiany zmierzone w tym badaniu były dwa do trzech razy większe. Oznacza to dwie rzeczy: 1) nastąpił ekstremalny stopień parowania, który spowodował, że te izotopy były tak duże, oraz 2) te cięższe wartości zostały zachowane, więc wszelkie procesy, które powodowałyby lżejsze izotopy, musiały być znacznie mniejsze”.
Instrumenty Curiosity odblokowują nowe dane
Odkrycia tego dokonano za pomocą instrumentów do analizy próbek na Marsie (SAM) i przestrajalnego spektrometru laserowego (TLS) na pokładzie łazika Curiosity. SAM podgrzewa próbki do temperatury prawie 1652 stopni Fahrenheita (prawie 900°C), a następnie TLS wykorzystuje się do analizy gazów wytwarzanych podczas fazy nagrzewania.
Odniesienie: „Wysoce wzbogacone izotopy węgla i tlenu w CO pochodzący z węglanów2 at Gale Crater, Mars” autorstwa Davida G. Burtta, Jennifer C. Stern, Christophera R. Webstera, Amy E. Hofmann, Heather B. Franz, Brada Suttera, Michaela T. Thorpe’a, Edwina S. Kite’a, Jennifer L. Eigenbrode, Alexander A. Pavlov, Christopher H. House, Benjamin M. Tutolo, David J. Des Marais, Elizabeth B. Rampe, Amy C. McAdam i Charles A. Malespin, 7 października 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2321342121
Fundusze na tę pracę pochodziły z programu eksploracji Marsa NASA za pośrednictwem projektu Mars Science Laboratory. Ciekawość została zbudowana w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA (JPL), zarządzaną przez Caltech w Pasadenie w Kalifornii. JPL kieruje misją w imieniu Dyrekcji Misji Naukowych NASA w Waszyngtonie. NASA Goddard zbudowała instrument SAM, czyli zminiaturyzowane laboratorium naukowe składające się z trzech różnych instrumentów do analizy chemii, w tym TLS, a także mechanizmów do obsługi i przetwarzania próbek.
