Der NASA-Rover Curiosity, der derzeit den Gale-Krater auf dem Mars erforscht, liefert neue Details darüber, wie sich das Klima des alten Mars von potenziell geeignet für Leben – mit Hinweisen auf weit verbreitetes flüssiges Wasser auf der Oberfläche – zu einer Oberfläche entwickelt hat, die für irdisches Leben, wie wir wissen, unwirtlich ist Es.
Obwohl die Oberfläche des Mars heute kalt und lebensfeindlich ist, suchen die Roboterforscher der NASA auf dem Mars nach Hinweisen, ob sie in der fernen Vergangenheit Leben beherbergt haben könnte. Forscher verwendeten Instrumente an Bord von Curiosity, um die Isotopenzusammensetzung von kohlenstoffreichen Mineralien (Karbonaten) zu messen, die im Gale-Krater gefunden wurden, und entdeckten neue Erkenntnisse darüber, wie sich das alte Klima des Roten Planeten veränderte.
„Die Isotopenwerte dieser Karbonate deuten auf extreme Mengen an Verdunstung hin, was darauf hindeutet, dass diese Karbonate wahrscheinlich in einem Klima entstanden sind, das nur vorübergehend flüssiges Wasser unterstützen konnte“, sagte David Burtt vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Hauptautor von ein Artikel, der diese Forschung beschreibt veröffentlicht im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
„Unsere Proben stimmen nicht mit einer alten Umgebung mit Leben (Biosphäre) auf der Marsoberfläche überein, obwohl dies die Möglichkeit einer unterirdischen Biosphäre oder einer Oberflächenbiosphäre nicht ausschließt, die vor der Bildung dieser Karbonate begann und endete.“
Isotope sind Versionen eines Elements mit unterschiedlichen Massen. Während das Wasser verdunstete, war es wahrscheinlicher, dass leichte Versionen von Kohlenstoff und Sauerstoff in die Atmosphäre entwichen, während die schweren Versionen häufiger zurückblieben, sich in größeren Mengen anreicherten und in diesem Fall schließlich in die Karbonatgesteine eingebaut wurden.
Wissenschaftler sind an Karbonaten interessiert, weil sie nachweislich als Klimaaufzeichnungen dienen können. Diese Mineralien können Signaturen der Umgebungen, in denen sie entstanden sind, behalten, einschließlich der Temperatur und des Säuregehalts des Wassers sowie der Zusammensetzung des Wassers und der Atmosphäre.
Das Papier schlägt zwei Bildungsmechanismen für die in Gale gefundenen Carbonate vor. Im ersten Szenario werden Karbonate durch eine Reihe von Nass-Trocken-Zyklen im Gale-Krater gebildet. Im zweiten Fall werden Karbonate in sehr salzigem Wasser unter kalten, eisbildenden (kryogenen) Bedingungen im Gale-Krater gebildet.
„Diese Bildungsmechanismen repräsentieren zwei unterschiedliche Klimaregime, die unterschiedliche Bewohnbarkeitsszenarien darstellen können“, sagte Jennifer Stern von NASA Goddard, eine Mitautorin des Papiers. „Nass-Trocken-Zyklen würden auf einen Wechsel zwischen bewohnbareren und weniger bewohnbaren Umgebungen hinweisen, während kryogene Temperaturen in den mittleren Breiten des Mars auf eine weniger bewohnbare Umgebung hinweisen würden, in der das meiste Wasser im Eis eingeschlossen ist und für Chemie oder Biologie nicht verfügbar ist.“ , und was da ist, ist äußerst salzig und lebenslang unangenehm.“
Diese Klimaszenarien für den alten Mars wurden bereits zuvor vorgeschlagen und basieren auf dem Vorhandensein bestimmter Mineralien, Modellierungen im globalen Maßstab und der Identifizierung von Gesteinsformationen. Dieses Ergebnis ist das erste, das Isotopenbeweise aus Gesteinsproben zur Stützung der Szenarien hinzufügt.
Die schweren Isotopenwerte in den Karbonaten des Mars sind deutlich höher als die auf der Erde beobachteten Karbonatmineralien und sind die höchsten Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenwerte, die für Marsmaterialien aufgezeichnet wurden. Tatsächlich sind dem Team zufolge sowohl das nass-trockene als auch das kalt-salzige Klima erforderlich, um Karbonate zu bilden, die so an schwerem Kohlenstoff und Sauerstoff angereichert sind.
„Die Tatsache, dass diese Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenwerte höher sind als alles andere, was auf der Erde oder dem Mars gemessen wird, deutet darauf hin, dass ein Prozess (oder mehrere Prozesse) auf die Spitze getrieben wird“, sagte Burtt.
„Während die Verdunstung zu erheblichen Veränderungen der Sauerstoffisotope auf der Erde führen kann, waren die in dieser Studie gemessenen Veränderungen zwei- bis dreimal größer. Das bedeutet zweierlei: 1) es gab einen extremen Grad der Verdunstung, der diese Isotopenwerte so hoch machte, und 2 ) Diese schwereren Werte blieben erhalten, sodass alle Prozesse, die leichtere Isotopenwerte erzeugen würden, deutlich kleiner gewesen sein müssen“, fuhr er fort.
Diese Entdeckung wurde mithilfe der Instrumente „Sample Analysis at Mars“ (SAM) und „Tunable Laser Spectrometer“ (TLS) an Bord des Rovers Curiosity gemacht. SAM erhitzt Proben auf fast 1.652 Grad Fahrenheit (fast 900 °C) und dann wird das TLS verwendet, um die Gase zu analysieren, die während dieser Erhitzungsphase entstehen.
Weitere Informationen:
David G. Burtt et al., Hochangereicherte Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope in aus Karbonat gewonnenem CO2 am Gale-Krater, Mars, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2321342121