Ursprunget kan vara biologiskt bildad metan

NASACuriosity-rover landar tisdag Den 6 augusti 2012 vandrade sedan Gale Crater in och tog prover och skickade hem dem för forskare att tolka. Analys av kolisotoper i sedimentprov tagna från ett halvdussin exponerade platser, inklusive den exponerade klippan, ger forskarna tre rimliga förklaringar till ursprunget till kol – kosmiskt damm, ultraviolett sönderfall av koldioxid eller biologiskt nedbrytbar metan som produceras biologiskt.

Forskare påpekar idag (17 januari 2022) Processer av National Academy of Sciences ”Alla tre av dessa scenarier är ovanliga, till skillnad från vanliga processer på jorden.”

Kol har två stabila isotoper, 12 och 13. Genom att titta på storleken på var och en i ett objekt kan forskare fastställa detaljerna i kolets kretslopp, även om det hände för mycket länge sedan.

”Kol12 och kol13 i vårt solsystem är nivåer som fanns när solsystemet bildades”, säger Christopher H. Schmidt, professor i geologi i delstaten Penn. sa House. ”Båda finns i allt, men kol 12 reagerar snabbare än kol 13, vilket kan avslöja kolets kretslopp genom att titta på de relativa magnituderna för vart och ett av proverna.”

Bilden visar ett högfältsborrhål i Vera Rubins ås. Borrpulvret från detta hål visade kolisotopvärden, som indikerar en kolcykel, inklusive ytlivslängd, intensiv UV-strålning som tränger in i atmosfären eller galaxdamm. Bilden tagen med en Mars-handlinskamera på Sol 2247. Kredit: NASA / Caltech-JPL / MSSS

Curiosity, ledd av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien, har ägnat de senaste nio åren åt att utforska området Gale Crater, som har avslöjat lager av gammal sten. Rovern borrade in i ytan av dessa lager och hämtade prover från de nedgrävda sedimentlagren. Nyfikenhet värmde upp proverna i frånvaro av syre och separerade eventuella kemikalier. Spektrografisk analys av en del av det reducerade kolet som producerats av denna pyrolys visade ett brett spektrum av kol 12 och kol 13 nivåer, beroende på var eller när det ursprungliga provet bildades. En del kol reducerades exceptionellt till kol 13, medan andra kolprover berikades.

”Prover utarmade på kol 13 liknar de som tagits från sediment 2,7 miljarder år gamla i Australien,” sade House. ”De här mönstren orsakades av biologiska processer när metan konsumerades av forntida mikrober, men på Mars kan vi inte nödvändigtvis säga att det är en planet som är uppbyggd av andra material och processer än jorden.”

För att förklara de exceptionellt reducerade proverna föreslår forskarna tre möjligheter – kosmiskt dammmoln, UV-strålning som bryter ner koldioxid eller biologiskt genererad metan UV-sönderfall.

Enligt huset passerar solsystemet genom ett galaktiskt molekylärt moln vartannat hundra miljoner år.

”Det lägger inte mycket damm i,” sa House. ”Det är svårt att se någon av dessa nedfallshändelser på jordens rekord.”

För att skapa ett lager som skulle kunna modellera Curiosity skulle galaxens stoftmoln först sänka temperaturen på Mars, som fortfarande skulle innehålla vatten och bilda glaciärer. Dammet kommer att avsättas på toppen av isen och bör sitta kvar så snart glaciären har smält och lämnar ett smutsigt lager som innehåller kol.

Hittills finns det begränsade bevis för förekomsten av tidigare glaciärer på Gale Crater på Mars. Enligt forskarna är ”den här förklaringen rimlig, men den kräver ytterligare forskning.”

Den andra möjliga förklaringen till de låga halterna av kol 13 är omvandlingen av koldioxid till organiska föreningar som formaldehyd.

”Det finns dokumentation som förutspår att UV kan orsaka denna typ av fraktion,” sa House. ”Men ytterligare testresultat som visar denna storleksyta krävs, så vi kan utesluta eller avvisa denna förklaring.”

Den tredje möjliga metoden att göra modeller med reducerad kol 13 är biologiskt baserad.

På jorden representerar signaturen av kol 13 kraftigt reducerad från en paleoyta de mikrober från det förflutna som konsumerar metan som produceras av mikroberna. Forntida Mars kan ha släppt ut stora mängder metan från botten, vilket är gynnsamt med metanproduktionspotential. Sedan konsumeras det frigjorda metanet av ytmikroberna eller placeras direkt på ytan genom att reagera med ultraviolett ljus.

Men enligt forskarna fanns det inga sedimentära bevis på ytmikrober på ytan i tisdags, så den biologiska beskrivningen i tidningen förlitade sig på ultraviolett ljus för att placera kol 13-signalen på marken.

”Alla tre av dessa möjligheter pekar på en extraordinär kolcykel som inte liknar något på jorden idag,” sa House. ”Men vi behöver mer data för att ta reda på vilken av dessa som är den korrekta förklaringen. Det skulle vara trevligt om rovern kunde upptäcka en stor metanblomning och mäta kolisotoper från den, men när det finns metanblomningar är de flesta små, och ingen rover har tagit ett prov som är tillräckligt stort för att mäta isotoperna.

Huset noterade också att saker och ting kunde förtydligas lite genom att spåra resterna av mikrobiella mattor eller glaciäravlagringar.

”Vi är försiktiga i vår tolkning, vilket är en stor lärdom när vi studerar en annan värld,” sa House.

Curiosity håller fortfarande på att samla in och analysera proverna, och kommer om en månad att återvända till frontonen där några av exemplaren hittades i denna studie.

”Denna forskning uppfyller det långsiktiga målet för Mars-utforskning,” sade House. ”För att mäta olika kolisotoper – ett av de viktigaste geologiska instrumenten – från sedimenten från en annan beboelig värld, gör det det efter 9 års forskning.”

Notera: ”Gale Greater, kolisotopföreningar hittade på Mars” 17 januari 2022, Processer av National Academy of Sciences.

Gregory M., en nyligen doktorand i geovetenskaper. Wong arbetade också med Peng State-projektet.

Andra deltagare i forskningen vid NASA Jet Propulsion Laboratory: Christopher R. Webster, stipendiat och senior forskare; Gregory J. Flesch, programvaruingenjör för vetenskapliga applikationer; Och Amy E. Hoffman, forskare; I Solar System Research Division, NASA Goddard Space Flight Center: Heather B. Frankrike, forskare; Jennifer c. Stern, forskningsassistent; Alex Pavlov, astronaut; Jennifer L. Eigenfrot, forskningsassistent; Daniel f. Klawin, biträdande direktör för strategisk vetenskap; Charles A. Malespin, ordförande, Planetary Ecology Laboratory; Och Paul R. Mahafi, direktör, pensionerad Solar System Research Division; Vid University of Michigan: Sushil K. Atreya, professor i klimat- och rymdvetenskap och teknik och chef för Planetary Science Laboratory; Vid Carnegie Institute for Science: Andrew Steele, vetenskapsman; Och Georgetown University och NASA Goddard Space Aviation Center: Maëva Milan, postdoktor.

Projektet stöddes av NASA.