Nowe badania odkrywają zimną i lodową przeszłość Marsa

Nowe badanie odkryło ważne wskazówki czające się w glebie Czerwonej Planety.

Najnowsze badania porównują glebę Ziemi i… Mars Badanie sugeruje, że historyczny klimat Marsa był zimny i subarktyczny, podobny do klimatu Nowej Funlandii. Badania skupiły się na materiałach amorficznych w glebie krateru Gale, które mogły zachować się w warunkach bliskich zamarznięciu, co dostarczyło nowego wglądu w warunki środowiskowe Marsa i możliwość istnienia na nim życia.

Badanie przeszłego klimatu Marsa przez ziemską glebę

Pytanie, czy na Marsie istniało kiedyś życie, od dziesięcioleci zajmuje wyobraźnię naukowców i opinii publicznej. Istotą tego odkrycia jest uzyskanie wglądu w klimat sąsiedniej planety w przeszłości: czy planeta była ciepła i wilgotna, a morza i rzeki były bardzo podobne do tych na naszej planecie? A może było zbyt zimno i lodowato, a zatem być może było mniej prawdopodobne, że podtrzyma życie, jakie znamy?

W nowym badaniu znaleziono dowody na poparcie tego poglądu poprzez identyfikację podobieństw między glebami znalezionymi na Marsie a glebami znalezionymi w kanadyjskiej Nowej Fundlandii, regionie o zimnym klimacie subarktycznym.

Krawędź i dno krateru Gale widziane z łazika Curiosity należącego do NASA. Źródło zdjęcia: NASA/JPL-Caltech

Wnioski z analizy gleby w kraterze Gale

Badanie opublikowano w czasopiśmie Komunikacja Ziemia i środowisko 7 lipca, Naukowcy poszukiwali gleby na Ziemi zawierającej materiały podobne do tych znalezionych w kraterze Gale na Marsie. Naukowcy często wykorzystują glebę do przedstawienia historii środowiska, ponieważ obecne w niej minerały mogą opowiedzieć historię ewolucji krajobrazu w czasie. Lepsze zrozumienie sposobu formowania się tych materiałów może pomóc w odpowiedzi na zadawane od dawna pytania dotyczące warunków historycznych na Czerwonej Planecie. Gleba i skały krateru Gale stanowią zapis klimatu Marsa sprzed 3 do 4 miliardów lat temu, w okresie stosunkowo obfitej wody na planecie – w tym samym okresie, w którym po raz pierwszy pojawiło się życie na Ziemi.

„Krater Gale to starożytne dno jeziora i wyraźnie widać było w nim wodę” – mówi Anthony Feldman, gleboznawca i morfolog gruntów, który obecnie pracuje w DRI. „Ale jakie były warunki środowiskowe, kiedy tam była woda? Nigdy nie znajdziemy tam wody? odpowiednik.” „Bezpośrednio na powierzchnię Marsa, ponieważ warunki na Marsie i na Ziemi są bardzo różne, ale możemy przyjrzeć się trendom w warunkach ziemskich i wykorzystać je do ekstrapolacji pytań na temat Marsa”.

Miejsce badań znajduje się na wyżynach Nowej Funlandii. Źródło zdjęcia: Anthony Feldman/DRI

Wyzwania w analizie materiałów marsjańskich

Łazik Curiosity badający krater Gale od 2011 roku i odkrył mnóstwo materiału glebowego zwanego „amorficznym materiałem rentgenowskim”. Tym składnikom gleby brakuje typowej, powtarzalnej struktury atomowej, która definiuje minerały, dlatego nie można ich łatwo scharakteryzować przy użyciu konwencjonalnych technik, takich jak dyfrakcja promieni rentgenowskich. Kiedy promienie rentgenowskie są emitowane na materiały krystaliczne, takie jak na przykład diament, promienie rentgenowskie rozpraszają się pod różnymi kątami w zależności od wewnętrznej struktury metalu. Jednakże rentgenowska materia amorficzna nie pozostawia tych charakterystycznych „odcisków palców”. W Curiosity wykorzystano tę metodę dyfrakcji promieni rentgenowskich, aby wykazać, że amorficzna materia rentgenowska stanowi od 15 do 73% próbek gleby i skał badanych w kraterze Gale.

„Można pomyśleć o materiałach amorficznych uzyskanych w wyniku promieni rentgenowskich jak o galaretce” – mówi Feldman. „To mieszanina różnych pierwiastków i substancji chemicznych, które ślizgają się po sobie”.

Łazik Curiosity przeprowadził również analizy chemiczne próbek gleby i skał i odkrył, że amorficzny materiał jest bogaty w żelazo i krzemionkę, ale brakuje mu aluminium. Poza ograniczonymi informacjami chemicznymi naukowcy nie rozumieją jeszcze, czym jest materia amorficzna ani co oznacza jej obecność w odniesieniu do historycznego środowiska marsjańskiego. Odkrycie większej ilości informacji o tym, jak te tajemnicze materiały powstają i utrzymują się na Ziemi, może pomóc w odpowiedzi na uporczywe pytania dotyczące Czerwonej Planety.

Badania terenowe symulujące warunki marsjańskie

Feldman i jego współpracownicy odwiedzili trzy miejsca w poszukiwaniu materiałów amorficznych podobnych do promieni rentgenowskich: płaskowyże Parku Narodowego Gros Morne w Nowej Funlandii, góry Klamath w północnej Kalifornii i zachodnią Nevadę. W tych trzech miejscach występowały zwietrzałe gleby, które według przewidywań naukowców były chemicznie podobne do amorficznego materiału rentgenowskiego w kraterze Gale: bogate w żelazo i krzem, ale ubogie w aluminium. W trzech lokalizacjach zapewniono także zakres opadów deszczu, śniegu i temperatur, które mogą pomóc w uzyskaniu wglądu w rodzaj warunków środowiskowych, które powodują powstawanie materiału amorficznego i zachęcają do jego konserwacji.

W każdym miejscu zespół badawczy zbadał glebę za pomocą analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich i transmisyjnej mikroskopii elektronowej, co umożliwiło bardziej szczegółowe obejrzenie materiałów glebowych. W warunkach subarktycznych w Nowej Fundlandii powstają materiały o składzie chemicznym podobnym do tych znalezionych w kraterze Gale, które również nie mają struktury krystalicznej. Gleby produkowane w cieplejszym klimacie, takich jak Kalifornia i Nevada, nie były.

„To pokazuje, że do wytworzenia tych materiałów potrzebna jest woda” – mówi Feldman. „Ale warunki muszą być zimne, a średnia roczna temperatura bliska zera, aby zachować materiał amorficzny w glebie”.

Materiały amorficzne są często postrzegane jako stosunkowo niestabilne, co oznacza, że ​​na poziomie atomowym atomy nie są jeszcze zorganizowane w swoje ostateczne, bardziej krystaliczne formy. „Coś dzieje się w kinetyce – czyli szybkości reakcji – co spowalnia tę reakcję, dzięki czemu materiały te mogą zostać zachowane w geologicznych skalach czasu” – mówi Feldman. „Proponujemy, że panują tam bardzo zimne warunki, bliskie zeru czynnikiem ograniczającym ruch, który pozwala na formowanie się tych materiałów.

„To badanie poprawia naszą wiedzę o klimacie Marsa” – mówi Feldman. „Wyniki sugerują, że obfitość tego materiału w kraterze Gale jest zgodna z warunkami subpolarnymi, podobnymi do tych, które możemy zaobserwować na przykład na Islandii”.

Odniesienie: „Bogata w żelazo amorficzna materia rentgenowska rejestruje przeszły klimat i trwałość wody na Marsie” autorstwa Anthony’ego D. Feldmana i Elizabeth M. Hausratha i Elizabeth B. Rampe, Valerie Tu i Tanya S. Beretiazko, Christopher DeFelice i Thomas Sharp, 7 lipca 2024 r. Komunikacja Ziemia i środowisko.
DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4