Både jorden och Mars har för närvarande oxiderande atmosfärer, vilket är anledningen till att järnrika material i det dagliga livet utvecklar rost (ett vanligt namn för järnoxid) under oxidationsreaktionen av järn och syre. Jorden har haft en oxiderande atmosfär i cirka 2,5 miljarder år, men innan dess, atmosfären på denna planet minskade - det fanns ingen rost.

Övergången från en reducerad planet till en oxiderad planet kallas Great Oxidation Event eller GOE. Denna övergång var en central del av vår planets utveckling, och i grunden kopplad till livets utveckling här – specifikt till förekomsten av fotosyntes som producerade syre. Planetgeologer vid HKU har upptäckt att Mars genomgick en egen stor syresättningshändelse - för miljarder år sedan, den röda planeten var inte så röd.

Upptäckten publicerades nyligen i Natur astronomi i en artikel ledd av forskarstuderande Jiacheng LIU och hans rådgivare Docent Dr. Joe MICHALSKI, båda anslutna till forskningsavdelningen för jord- och planetvetenskap och laboratorium för rymdforskning. Forskarna använde infraröd fjärranalys och spektroskopi för att mäta den molekylära vibrationen av materialet på Mars-ytan från omloppsbana, för att avslöja mineralogin och geokemin hos gamla bergarter på Mars. Genom detaljerade jämförelser av infraröd fjärranalysdata och data som samlats in i laboratoriet här på jorden, teamet visade att forntida stenar på Mars exponerade vid ytan hade vittrats under reducerande förhållanden, vilket tyder på att en reducerad atmosfär existerade.

Många människor är medvetna om att Mars är kall och torr nu, men för ~3,5 miljarder år sedan, det var varmare och blötare. Det var tillräckligt varmt för att tillåta bildandet av flodkanaler, sjöar och mineraler som bildas genom interaktion med vatten. Forskare som har använt matematiska modeller för att begränsa villkoren för en tidig Mars-atmosfär, har kommit fram till att växthusuppvärmningen inträffade, men de drog också slutsatsen från sina modeller att växthuset måste ha inkluderat reducerade gaser snarare än koldioxid, antydde att en reducerande atmosfär kan ha funnits. Ändå tills nu, det har inte funnits några bevis för att den minskade atmosfären från tidiga Mars faktiskt inträffade. Detta arbete indikerar att det fanns.

Detta projekt involverade detaljerad infraröd fjärranalys av Mars, använda infraröd spektroskopi för att kartlägga mineraler i exponerade, väderbitna bergenheter. Arbetet byggdes på detaljerad analys av väderbitna vulkaniska bergarter på Hainan Island i sydvästra Kina, där tjocka sekvenser av basalt, liknande vulkaniska bergarter på Mars förekommer. Jiacheng Liu analyserade de förändrade bergarterna systematiskt med infraröd spektroskopi i laboratoriet och producerade en artikel om den forskningen som nyligen publicerades i Applied Clay Science.

"Jiacheng har genomfört ett alldeles utmärkt doktorandprojekt, bygger på noggrann analys i laboratoriet och tillämpning av dessa laboratorieresultat för fjärranalys av Mars, " kommenterade Dr. Michalski, "Jiacheng har byggt på sitt detaljerade arbete med prover från Hainan Island för att visa att liknande mineralogiska trender inträffade i stenar på Mars."

Biträdande professor Dr Ryan MCKENZIE från Research Division for Earth and Planetary Science är också imponerad av dessa fynd. "Detta är en ganska anmärkningsvärd studie med fynd som kommer att avsevärt påverka hur vi förstår den tidiga utvecklingen av jordlevande planeter och deras ytmiljöer. Övergången från en reducerande till oxiderande atmosfär på jorden för ~2,5 miljarder år sedan var endast möjlig på grund av att det fanns liv , eftersom syre är en avfallsprodukt från metaboliska processer som fotosyntes. Utan mikrober producerar syre, det skulle inte samlas i vår atmosfär, och vi kunde inte vara här. Även om det verkligen finns skillnader i de lokala förhållandena som Mars och jorden har utsatts för under sin evolutionära historia, mitt sinne kan inte låta bli att börja tänka på vad Jianchengs resultat kan betyda för en potentiell tidig biosfär från Mars, " anmärkte Dr McKenzie.

Eftersom Kinas första uppdrag till MarsTianwen-1 pågår – har framgångsrikt anlände till Mars omloppsbana den 10 februari och landar på Mars i maj 2021, forskare förbereder sig för ett spännande år av Mars-utforskning och upptäckt. Detta arbete visar hur spektroskopi och fjärranalys leder till grundläggande upptäckter av stor betydelse för att förstå Mars historia. När vi börjar förstå Mars äldsta historia, forskare är redo att direkt söka efter tecken på att liv en gång kan ha funnits på forntida Mars, och HKU planerar att stå i centrum för detta stora vetenskapliga äventyr.