Документ с подробным описанием работы был опубликован сегодня в журнале Science Advances. Это может помочь астробиологам понять щелочность, pH и содержание азота в древних водах Марса и, в более широком смысле, состав углекислого газа в древней атмосфере планеты.
Сегодняшний Марс слишком холоден, чтобы на его поверхности была жидкая вода, что является необходимым условием для жизни в том виде, в каком мы ее знаем.
«Вопрос, который движет нашими интересами, заключается не в том, есть ли жизнь на современном Марсе», – сказал Тим Лайонс, выдающийся профессор биогеохимии UCR. «Вместо этого мы задаемся вопросом, существовала ли жизнь на Марсе миллиарды лет назад, что кажется значительно более вероятным."
Однако «существует неопровержимое доказательство того, что на Марсе примерно 4 миллиарда лет назад были океаны с жидкой водой», – отметил Лайонс.
Главный вопрос, который задают астробиологи, – как это возможно?. Красная планета находится дальше от Солнца, чем Земля, и миллиарды лет назад Солнце выделяло меньше тепла, чем сегодня.
«Чтобы сделать планету достаточно теплой для жидких поверхностных вод, ее атмосфере, вероятно, потребовалось бы огромное количество парниковых газов, в частности, углекислого газа», – объяснил Крис Тино, аспирант UCR и соавтор статьи.
Ева Стуэкен, преподаватель Университета Св. Эндрюс в Шотландии.
Поскольку отбор проб атмосферы Марса миллиарды лет назад, чтобы узнать содержание в нем углекислого газа, невозможно, команда пришла к выводу, что участок на Земле, геология и химия которого имеют сходство с поверхностью Марса, может предоставить некоторые из недостающих частей.
Они нашли его в кратере Нордлингер-Рис на юге Германии.
Кратер Рис образовался примерно 15 миллионов лет назад после падения метеорита. В нем слои горных пород и минералов сохранились лучше, чем где бы то ни было на Земле.
Марсоход Mars 2020 приземлится в хорошо сохранившемся древнем кратере с аналогичной структурой.
В обоих местах в далеком прошлом была жидкая вода, что делало их химический состав сопоставимым.
По словам Тино, маловероятно, что на древнем Марсе было достаточно кислорода для размещения сложных форм жизни, таких как люди или животные.
Однако некоторые микроорганизмы могли выжить, если бы древняя марсианская вода имела как нейтральный уровень pH, так и была сильно щелочной. Эти условия предполагают наличие достаточного количества углекислого газа в атмосфере – возможно, в тысячи раз больше, чем то, что окружает Землю сегодня, – чтобы согреть планету и сделать возможной жидкую воду.
В то время как pH измеряет концентрацию ионов водорода в растворе, щелочность – это мера, зависящая от нескольких ионов и их взаимодействия для стабилизации pH.
«Образцы горных пород кратера Райс имеют соотношение изотопов азота, которое лучше всего можно объяснить высоким pH», – сказал Стуэкен. "Более того, минералы в древних отложениях говорят нам, что щелочность также была очень высокой."
Однако марсианские образцы с минеральными индикаторами высокой щелочности и данными изотопов азота, указывающими на относительно низкий pH, потребуют чрезвычайно высоких уровней углекислого газа в прошлой атмосфере.
Полученные в результате оценки углекислого газа могут помочь решить давнюю загадку того, как древний Марс, расположенный так далеко от слабого раннего солнца, мог быть достаточно теплым для поверхностных океанов и, возможно, жизни. Каким образом можно было поддерживать такие высокие уровни и что могло существовать под ними, остаются важными вопросами.
«До этого исследования было непонятно, что такое простое средство, как изотопы азота, можно использовать для оценки pH древних вод на Марсе; pH является ключевым параметром при расчете содержания углекислого газа в атмосфере», – сказал Тино.
Финансирование этого исследования поступило от Института астробиологии НАСА, где Лайонс возглавляет группу по альтернативным земным шарам, базирующуюся в UCR.
В исследование были включены Гернот Арп из Геттингенского университета Георга-Августа и Дитмар Юнг из Баварского государственного управления по окружающей среде.
Когда образцы из миссии марсохода NASA Mars 2020 будут доставлены на Землю, их можно будет проанализировать на предмет содержания изотопов азота.
Эти данные могут подтвердить подозрение команды, что очень высокие уровни углекислого газа давным-давно сделали возможной жидкую воду и, возможно, даже некоторые формы микробной жизни.
«Может пройти 10-20 лет, прежде чем образцы будут доставлены на Землю», – сказал Лайонс. "Но я рад узнать, что мы, возможно, помогли определить один из первых вопросов, который нужно задать, когда эти образцы будут распространены в лаборатории в США.S. и во всем мире."