Обнаруженный углерод даст ключ к пониманию древнего Марса

Анализ изотопов углерода в образцах донных отложений, взятых из полудюжины открытых мест, включая обнаженную скалу, дает исследователям три правдоподобных объяснения происхождения углерода: космическая пыль, ультрафиолетовое разложение углекислого газа или ультрафиолетовое разложение биологически произведенного метана. Все три из сценария нетрадиционны, в отличие от процессов, распространенных на Земле.

У углерода есть два стабильных изотопа, 12 и 13. Глядя на количество каждого из них в веществе, исследователи могут определить особенности углеродного цикла, даже если он произошел очень давно.

«Количества углерода-12 и углерода-13 в Солнечной системе — это количества, существовавшие при формировании Солнечной системы», сказал Кристофер Х. Хаус, профессор геолого-геофизических исследований Пенсильванского университета. «Оба существуют во всем, но поскольку углерод-12 реагирует быстрее, чем углерод-13, рассмотрение относительного количества каждого из них в образцах может выявить углеродный цикл».

Curiosity провел последние девять лет, исследуя область кратера Гейла, где были обнажены слои древней породы. Марсоход пробурил поверхность слоев и извлек образцы из погребенных осадочных слоев. Curiosity нагревал образцы в отсутствие кислорода, чтобы отделить химические вещества. Спектрографический анализ части восстановленного углерода, полученного в результате этого пиролиза, показал широкий диапазон количеств углерода-12 и углерода-13 в зависимости от того, где и когда образовался исходный образец. Некоторый углерод был исключительно беден углеродом-13, в то время как другие образцы углерода обогащены.

«Образцы, крайне обедненные углеродом-13, немного похожи на образцы из Австралии, взятые из отложений возрастом 2,7 миллиарда лет», — сказал Хаус. «Эти образцы были вызваны биологической активностью, когда метан был поглощен древними микробами, но мы не можем сказать, что на Марсе, потому что это планета, которая сформировалась из других материалов и процессов, чем Земля».

Чтобы объяснить исключительно истощенные образцы, исследователи предлагают три возможности: облако космической пыли, ультрафиолетовое излучение, разрушающее углекислый газ, или ультрафиолетовое разложение биологически созданного метана.

Согласно Хаусу, каждые пару сотен миллионов лет Солнечная система проходит через галактическое молекулярное облако.

Чтобы создать слой, который Curiosity мог бы взять на пробу, облако галактической пыли сначала должно было снизить температуру на Марсе, который все еще содержал воду, и образовал ледники. Пыль должна была осесть на льду и затем должна была остаться на месте после таяния ледника, оставив после себя слой грязи, включающий углерод.

До сих пор есть ограниченное количество свидетельств существования ледников в прошлом в кратере Гейла на Марсе. По мнению исследователей, «это объяснение правдоподобно, но требует дополнительных исследований».

Вторым возможным объяснением более низких количеств углерода-13 является ультрафиолетовое преобразование углекислого газа в органические соединения, такие как формальдегид.

«Есть документы, которые предсказывают, что УФ-излучение может вызвать такой тип фракционирования», — сказал Хаус. «Нам нужно больше экспериментальных результатов, показывающих это фракционирование по размеру, чтобы мы могли подтвердить или исключить это объяснение».

Третий возможный способ получения образцов, обедненных углеродом-13, имеет биологическую основу.

На Земле сильно обедненная углеродом-13 сигнатура палеоповерхности указывает на то, что прошлые микробы потребляли метан, произведенный микробами. На древнем Марсе могли быть большие выбросы метана из недр, где производство метана было бы энергетически выгодным. Затем высвобождающийся метан будет либо потребляться поверхностными микробами, либо вступать в реакцию с ультрафиолетовым светом и осаждаться прямо на поверхности.

По словам исследователей в настоящее время нет осадочных свидетельств поверхностных микробов на прошлом ландшафте Марса, и поэтому биологическое объяснение, выделенное в статье, основано на ультрафиолетовом свете, который помещает сигнал углерода-13 в землю.

«Все три возможности указывают на необычный углеродный цикл, не похожий ни на что на Земле сегодня», — сказал Хаус. «Но нам нужно больше данных, чтобы выяснить, какое из них будет правильным объяснением. Было бы неплохо, если бы марсоход обнаружил большой шлейф метана и измерил в нем изотопы углерода, но хотя шлейфы метана есть, большинство из них маленькие, и ни один марсоход не взял достаточно большой пробы для измерения изотопов».

Хаус также отмечает, что обнаружение остатков микробных матов или следов ледниковых отложений также может немного прояснить ситуацию.

«Мы осторожны с нашей интерпретацией, которая будет лучшим курсом при изучении другого мира», — сказал Хаус.

Curiosity все еще собирает и анализирует образцы и вернется к фронтону, где нашел некоторые образцы для исследования, примерно через месяц.

«Это исследование достигло давней цели исследования Марса», — сказал Хаус. «Для измерения различных изотопов углерода — одного из самых важных инструментов геологии — в отложениях на другом обитаемом мире, и это делается на основе 9 лет исследований».