Недавно обнаруженный углерод на Марсе может быть связан с метаном биологического происхождения

Марсоход НАСА Curiosity приземлился на Марсе 6 августа 2012 года и с тех пор путешествует по кратеру Гейла, собирая образцы и отправляя результаты на Землю для интерпретации исследователями. Анализ изотопов углерода в образцах донных отложений, взятых из полудюжины открытых мест, включая обнаженную скалу, дает исследователям три правдоподобных объяснения происхождения углерода — космическая пыль, ультрафиолетовое разложение углекислого газа или ультрафиолетовое разложение биологически произведенного метана.

Исследователи отмечают в Proceedings of the National Academy of Sciences, что «все три этих сценария являются нетрадиционными, в отличие от процессов, распространенных на Земле».

У углерода есть два стабильных изотопа, 12 и 13. Глядя на количество каждого из них в веществе, исследователи могут определить особенности углеродного цикла, даже если он произошел очень давно.

«Количества углерода-12 и углерода-13 в нашей Солнечной системе — это количества, существовавшие при формировании Солнечной системы», — сказал Кристофер Хаус, профессор геолого-геофизических исследований из Пенсильванского университета. «Оба существуют во всем, но поскольку углерод 12 реагирует быстрее, чем углерод 13, рассмотрение относительного количества каждого из них в образцах может выявить углеродный цикл».

Curiosity, которым руководит Лаборатория реактивного движения НАСА, провел последние девять лет, исследуя область кратера Гейла, где были обнаружены слои древней породы. Марсоход пробурил поверхность этих слоев и извлек образцы из погребенных осадочных слоев. Curiosity нагревал образцы в отсутствие кислорода, чтобы отделить химические вещества.

Спектрографический анализ части восстановленного углерода, полученного в результате этого пиролиза, показал широкий диапазон количеств углерода 12 и углерода 13 в зависимости от того, где и когда образовался исходный образец. Некоторый образцы был исключительно бедны углеродом 13, в то время как другие образцы углерода были обогащены им.

«Образцы, крайне обедненные углеродом-13, немного похожи на образцы из Австралии, взятые из отложений возрастом 2,7 миллиарда лет», — сказал Кристофер Хаус. «Эти образцы были вызваны биологической активностью, когда метан был поглощен древними микробами, но мы не можем обязательно сказать, что так было и на Марсе, потому что это планета, которая могла образоваться из других материалов и процессов, чем Земля».

Чтобы объяснить исключительно истощенные образцы, исследователи предлагают три возможности: облако космической пыли, ультрафиолетовое излучение, разрушающее углекислый газ, или ультрафиолетовое разложение биологически созданного метана.

Согласно выводам ученых, каждые пару сотен миллионов лет Солнечная система проходит через галактическое молекулярное облако.

«При этом не оседает много пыли», — говорят ученые. «Трудно увидеть какое-либо из этих событий осаждения в земных записях».

Чтобы создать слой, который Curiosity мог бы взять на пробу, облако галактической пыли сначала должно было снизить температуру на Марсе, который все еще содержал воду, и образовал ледники. Пыль должна была осесть на льду и затем должна была остаться на месте после таяния ледника, оставив после себя слой грязи, включающий углерод.

До сих пор имеется ограниченное количество свидетельств существования ледников в прошлом в кратере Гейла на Марсе. По мнению исследователей, «это объяснение правдоподобно, но требует дополнительных исследований».

Вторым возможным объяснением более низких количеств углерода 13 является ультрафиолетовое преобразование углекислого газа в органические соединения, такие как формальдегид.

«Есть документы, которые предсказывают, что УФ-излучение может вызывать такой тип фракционирования», — сказал Кристофер Хаус. «Однако нам нужно больше экспериментальных результатов, показывающих это фракционирование по размеру, чтобы мы могли подтвердить или исключить это объяснение».

Третий возможный способ получения образцов, обедненных углеродом-13, имеет биологическую основу.

На Земле сильно обедненная углеродом-13 сигнатура палеоповерхности указывает на то, что прошлые микробы потребляли метан, произведенный микробами. На древнем Марсе могли быть большие выбросы метана из недр, где производство метана было бы энергетически выгодным. Затем высвобождающийся метан будет либо потребляться поверхностными микробами, либо вступать в реакцию с ультрафиолетовым светом и осаждаться прямо на поверхности.

Однако, по словам исследователей, в настоящее время нет осадочных свидетельств существования поверхностных микробов на прошлом ландшафте Марса, и поэтому биологическое объяснение, выделенное в статье, основано на ультрафиолетовом свете, который помещает сигнал углерода-13 на поверхность.

«Все три возможности указывают на необычный углеродный цикл, не похожий ни на что на Земле сегодня», — сказал Кристофер Хаус.

«Но нам нужно больше данных, чтобы выяснить, какое из этих объяснений является правильным. Было бы неплохо, если бы марсоход обнаружил большой шлейф метана и измерил бы из него изотопы углерода, но хотя метановые шлейфы есть, большинство из них маленькие, и ни один марсоход не нашел достаточно большой шлейф для измерения изотопов».

Исследователи также отмечают, что обнаружение остатков микробов или следов ледниковых отложений также может немного прояснить ситуацию.

«Мы осторожны с нашей интерпретацией, которая является лучшим курсом при изучении другого мира», — говорят ученые.

Марсоход Curiosity все еще собирает и анализирует образцы и вернется к фронтону, где он нашел некоторые образцы для этого исследования, примерно через месяц.