Dawne meteoryty i historia atmosfery Marsa

Naukowcy opracowali nowe metody analityczne, z pomocą których będą mogli rozwiązać zagadkę historii atmosfery Marsa – i wyjaśnić, czy kiedykolwiek mogło na nim istnieć życie.

Artykuł opisujący tę pracę został niedawno opublikowany w czasopiśmie Science Advances. Wyniki badań być może pomogą astrobiologom w ustaleniu poziomów zasadowości, współczynnika pH i zawartości azotu w dawnych wodach Marsa, a co za tym idzie – ilości dwutlenku węgla, jaki znajdował się niegdyś w atmosferze tej planety.

Dzisiejszy Mars jest zbyt zimny, aby na jego powierzchni mogła płynąć ciekła woda – a to, jak sądzą astrobiologowie, jest jednym z głównych warunków istnienia znanych nam form życia. Naukowcy nie starają się więc już zrozumieć, czy obecnie na planecie jest jakieś życie. Szukają raczej odpowiedzi na pytanie, czy mogło ono tam występować w przeszłości, co jest znacznie bardziej prawdopodobne.

Uczeni sądzą też, że są dziś w posiadaniu przekonujących dowodów na to, że Mars posiadał oceany ciekłej wody około czterech miliardów lat temu. Astrobiologowie próbują wyjaśnić teraz, jak w ogóle było to możliwe. Czerwona Planeta znajduje się przecież dużo dalej od Słońca niż Ziemia, a miliardy lat temu Słońce produkowało znacznie mniej ciepła niż dzisiaj.

Aby planeta ogrzała się wystarczająco do pojawienia się na niej płynnych wód powierzchniowych, jej atmosfera prawdopodobnie musiałaby zawierać ogromne ilości gazów cieplarnianych, a w szczególnie dwutlenku węgla – wyjaśniają Christopher Tino, absolwent University of California Riverside i współautor artykułu, oraz Eva Stüeken z University of St. Andrews w Szkocji.

Ponieważ próbkowanie atmosfery Marsa sprzed miliardów lat w celu ustalenia jej zawartości dwutlenku węgla jest niemożliwe, zespół naukowy doszedł do wniosku, że to właśnie miejsca na Ziemi, w których zachodzące niegdyś procesy geologiczne i chemiczne były podobne do tych panujących dawniej na powierzchni Marsa, mogą dostarczyć niektórych brakujących elementów tej naukowej układanki. Jednym z takich miejsc jest krater Nordlinger Ries w południowych Niemczech.

Krater ten powstał około 15 milionów lat temu po uderzeniu meteorytu. Zawiera warstwy skał i minerałów zachowane prawdopodobnie w lepszym stanie niż gdziekolwiek na świecie. Przyszły łazik misji Mars 2020 wyląduje w podobnie zbudowanym, dobrze zachowanym, starożytnym kraterze – ale na powierzchni Marsa. Oba te miejsca były w odległej przeszłości pełne wody, dzięki czemu ich skład chemiczny jest i dziś porównywalny.

Jest mało prawdopodobne, by starożytny Mars miał w atmosferze ilość tlenu wystarczającą dla złożonych form życia, takich jak zwierzęta. Jednak niektóre mikroorganizmy mogłyby tam przetrwać, gdyby dawna woda marsjańska miała neutralne pH i była w wysokim stopniu alkaliczna. Warunki te wymagają jednak istnienia wystarczającej ilości dwutlenku węgla w marsjańskiej atmosferze – być może tysiące razy większej niż dziś na Ziemi. Związek ten mógł wówczas wystarczająco ogrzać planetę i umożliwić występowanie na niej ciekłej wody.

Podczas gdy współczynnik pH mierzy stężenie jonów wodoru w danym roztworze, zasadowość jest miarą zależną od kilku różnych jonów i ich interakcji zmierzających do ustabilizowania się wartości pH.

Próbki skał pobrane z krateru Ries mają takie stosunki izotopów azotu, które najłatwiej wyjaśnić można wysokim pH – mówi Stüeken. Co więcej, minerały zawarte w tych w starożytnych osadach mówią, że ich zasadowość była również bardzo wysoka.

Na zdjęciu: Próbka skał utworzonych prawie 15 milionów lat temu przez uderzenie meteorytu w obszarze krateru Ries w Niemczech. Podobne skały wytwarzane przez zderzenia z małymi ciałami kosmicznymi znajdują się na obrzeżach starożytnych jezior kraterowych na Marsie.
Źródło: NASA

Z kolei próbki marsjańskie ze wskaźnikami mineralnymi o wysokiej alkaliczności i zawartości izotopów azotu, wskazujących na dość niskie pH, wskazywałyby na wysoki poziom dwutlenku węgla w dawnej atmosferze. Uzyskane szacunki zawartości dwutlenku węgla mogą pomóc rozwiązać zagadkę związaną z tym, jak starożytny Mars – znajdujący się przecież tak daleko od słabego wówczas jeszcze Słońca – mógł być wystarczająco ciepły do występowania na nim oceanów powierzchniowych i być może życia.

Jeszcze przed tymi badaniami nie było wcale jasne, że coś tak prostego jak izotopy azotu może być wykorzystane do oszacowania współczynników pH dawnych wód płynących na Marsie. To właśnie pH jest kluczowym parametrem przy obliczaniu zawartości dwutlenku węgla w atmosferze – mówi Tino.

Gdy – i jeśli w ogóle – próbki skał pobrane w ramach misji NASA Mars 2020 zostaną dostarczone na Ziemię, możliwa stanie się ich analiza pod kątem stosunków zawartości różnych izotopów azotu. Dane te mogą wówczas potwierdzić, że – jak sugerują autorzy omawianej tu pracy – bardzo wysoki poziom zawartości dwutlenku węgla w atmosferze mógł umożliwić występowanie wody (i być może prostych form życia) na dawnym Marsie. Ale uwaga – zanim próbki te dotrą do naukowców na Ziemi, może minąć nawet 10 do 20 lat.

Czytaj więcej: