Марсоход NASA Curiosity, исследующий в настоящее время кратер Гейла на Марсе, предоставляет новые подробности о том, как древний марсианский климат превратился из потенциально пригодного для жизни — с доказательствами широкого распространения жидкой воды на поверхности — в поверхность, негостеприимную для земной жизни, какой мы ее знаем.
Несмотря на то, что сегодня поверхность Марса холодная и враждебная для жизни, исследователи NASA с помощью роботов ищут подсказки, могла ли она поддерживать жизнь в далеком прошлом. Исследователи использовали приборы на борту марсохода Curiosity для измерения изотопного состава богатых углеродом минералов (карбонатов), найденных в кратере Гейла, и получили новые сведения о том, как трансформировался древний климат Красной планеты.
«Изотопные показатели этих карбонатов указывают на экстремальные объемы испарения, что позволяет предположить, что они, скорее всего, образовались в климате, который мог поддерживать только переходную жидкую воду», — говорит Дэвид Бертт из Центра космических полетов NASA имени Годдарда, ведущий автор статьи, описывающей это исследование, опубликованной 7 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences. «Наши образцы не соответствуют древней среде с жизнью (биосфере) на поверхности Марса, хотя это не исключает возможности существования подземной биосферы или биосферы на поверхности, которая началась и закончилась до образования этих карбонатов».
Изотопы — это разновидности одного и того же элемента с разной атомной массой. При испарении воды легкие версии углерода и кислорода чаще всего улетучиваются в атмосферу, а тяжелые чаще остаются, накапливаясь в больших количествах и, в данном случае, в конечном итоге попадая в карбонатные породы. Ученые заинтересованы в изучении карбонатов из-за их доказанной способности служить климатической летописью. Эти минералы могут сохранять признаки среды, в которой они образовались, включая температуру и кислотность воды, а также состав воды и атмосферы.
В статье предложены два механизма образования карбонатов, обнаруженных в кратере Гейла. Согласно первому сценарию, карбонаты образуются в результате серии циклов «влажный-сухой». Согласно второму, карбонаты образуются в очень соленой воде в холодных, ледообразующих (криогенных) условиях.
«Эти механизмы образования представляют собой два разных климатических режима, которые могут иметь различные сценарии обитаемости», — говорит Дженнифер Стерн из Центра им. Годдарда, соавтор статьи. «Цикличность влажного и сухого климата указывает на чередование более и менее пригодных для жизни сред, в то время как криогенные температуры в средних широтах Марса указывают на менее пригодную для жизни среду, где большая часть воды заперта во льду и недоступна для химии или биологии, а та, что есть, чрезвычайно соленая и непригодна для жизни».
Подобные климатические сценарии для древнего Марса предлагались и ранее, основываясь на присутствии определенных минералов, глобальном моделировании и идентификации горных образований. Этот результат — первый, в котором в поддержку сценариев приводятся изотопные данные из образцов горных пород.
Значения тяжелых изотопов для карбонатных минералов в марсианских карбонатах значительно выше, чем на Земле, и являются самыми тяжелыми значениями изотопов углерода и кислорода, зарегистрированными для любых материалов Марса. По мнению команды, для образования карбонатов с таким содержанием тяжелого углерода и кислорода необходим как влажно-сухой, так и холодно-соленый климат.
«Тот факт, что значения изотопов углерода и кислорода выше, чем все, что было измерено на Земле или Марсе, указывает на то, что процесс (или процессы) доведен до крайности», — говорит Бертт. «Хотя испарение может вызывать значительные изменения изотопов кислорода на Земле, изменения, измеренные в этом исследовании, были в два-три раза больше. Это означает две вещи: 1) испарение было экстремальным и привело к тому, что изотопы стали такими тяжелыми, и 2) эти тяжелые изотопы сохранились, поэтому любые процессы, которые могли бы привести к образованию более легких изотопов, должны были быть значительно меньше по величине».
Это открытие было сделано с помощью приборов Sample Analysis at Mars (SAM) и Tunable Laser Spectrometer (TLS), установленных на борту марсохода Curiosity. SAM нагревает образцы почти до 900 градусов по Цельсию, а TLS используется для анализа газов, которые образуются во время этого нагрева.
