С помощью данных марсохода Curiosity в кратере Гейл на Красной планете обнаружили карбонатные минералы с аномально высоким содержанием тяжелых изотопов углерода и кислорода. Открытие предоставляет важную информацию о том, каким был климат на Марсе миллиарды лет назад.
Несмотря на негостеприимную и холодную поверхность Марса, поиски следов, свидетельствующих о наличии жизни там в далеком прошлом, продолжаются. В этом ученым помогают роботизированные аппараты, бороздящие марсианскую поверхность, в частности марсоход NASA Curiosity.
Открытие удалось совершить с помощью приборов анализа образцов (SAM) и настраиваемого лазерного спектрометра (TLS), установленных на борту марсохода для измерения изотопного состава карбонатов — углеродсодержащих минералов, образовавшихся в период между 3,6 и 3,2 миллиарда лет назад. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Напомним, что карбонаты подолгу сохраняют соотношение изотопов элементов и кислорода, позволяя ученым понять состав воды и атмосферы в период формирования карбонатных минералов, даже если это произошло миллионы и миллиарды лет назад.
Карбонаты, обнаруженные в кратере Гейл, оказались обогащены изотопами углерод-13 и кислород-18 до уровней, значительно превышающих значения, наблюдаемые в других марсианских породах, которые исследовали ранее. Таким образом, ученые получили новые данные о том, как древний марсианский климат, потенциально пригодный для жизни, приобрел наблюдаемые сегодня черты.
«Значения изотопов указывают на экстремальные уровни испарения, что предполагает формирование этих минералов в климате, способном поддерживать только временное наличие жидкой воды», — рассказал соавтор исследования Дэвид Бертт из Центра космических полетов имени Годдарда NASA.
Ученые рассмотрели два основных механизма, способствующих такому обогащению карбонатных минералов тяжелыми изотопами углерода и кислорода — испарительное разделение и криогенное осаждение. Наиболее вероятным объяснением наблюдаемых изотопных значений, вероятно, стала комбинация этих механизмов.
Первый сценарий описывает процесс, в рамках которого легкие изотопы воды и углекислого газа испарялись быстрее, обогащая оставшиеся жидкости тяжелыми изотопами, что могло привести к постепенному увеличению содержания углерода-13 и кислорода-18 в растворенных веществах, из которых затем осаждаются карбонаты.
Согласно второму сценарию, при низких температурах на поверхности Марса могли образовываться криогенные растворы, в которых более тяжелые атомы тех или иных элементов оказывались ближе к низу, а легкие — к верху раствора.
Исследователи отметили, что оба механизма представляют собой два разных климатических режима: циклы влажно-сухого климата указывают на чередование более пригодных и менее пригодных для жизни условий, в то время как криогенные температуры в средних широтах Марса — на менее пригодную для жизни среду.
Результаты подчеркивают значительные различия между углеродным циклом Марса и Земли. На нашей планете биосфера активно влияет на распределение углерода и его изотопов, однако на Марсе, лишенном значительной биологической активности, наблюдаются уникальные геохимические процессы.
«Факт того, что концентрации тяжелых изотопов углерода и кислорода в кратере Гейл выше, чем аналогичные значения, когда-либо измеренные на Земле или Красной планете до того, свидетельствует об экстремальных процессах на Марсе», — заключили авторы нового исследования.
Чтобы лучше понять распространенность и вариативность изотопных аномалий, команда планирует продолжить изучение карбонатов в различных регионах Марса. Данные, полученные в рамках нового исследования, проливают свет на процессы формирования минералов и предоставляют важную информацию о климате и углеродном цикле планеты.