Även om Mars presenterar ett kargt, dammigt landskap utan några tecken på liv än så länge, tyder dess geologiska egenskaper som deltan, sjöbottnar och floddalar starkt på ett förflutet där vatten en gång flödade rikligt på dess yta. För att utforska denna möjlighet undersöker forskare sediment bevarade nära dessa formationer. Sammansättningen av dessa sediment ger ledtrådar om de tidiga miljöförhållandena, de processer som formade planeten över tid och till och med potentiella tecken på tidigare liv.
I en sådan analys avslöjade sediment som samlats in av Curiosity-roveren från Gale Crater, som tros vara en gammal sjö som bildades för cirka 3,8 miljarder år sedan på grund av en asteroidnedslag, organiskt material. Detta organiska material hade dock en betydligt lägre mängd av kol-13-isotopen ( 13 C) i förhållande till kol-12 isotoper ( 12 C) jämfört med vad som finns på jorden, vilket tyder på olika processer för bildning av organiskt material på Mars.
Nu, en studie publicerad i tidskriften Nature Geoscience den 9 maj 2024, klargör denna avvikelse. En forskargrupp, ledd av professor Yuichiro Ueno från Tokyo Institute of Technology och professor Matthew Johnson från Köpenhamns universitet, fann att fotodissociation av koldioxid (CO2 ) i atmosfären till kolmonoxid (CO) och efterföljande reduktion resulterar i organiskt material med utarmat 13 C-innehåll.
"Om att mäta det stabila isotopförhållandet mellan 13 C och 12 C, det organiska materialet från Mars har 13 C överflöd av 0,92% till 0,99% av kolet som utgör det. Detta är extremt lågt jämfört med jordens sedimentära organiska material, som är cirka 1,04 %, och atmosfärisk CO2 , cirka 1,07 %, som båda är biologiska rester, och inte liknar det organiska materialet i meteoriter, vilket är cirka 1,05 %", förklarar Ueno.
Tidiga Mars hade en atmosfär rik på CO2 som innehåller både 13 C och 12 C isotoper. Forskarna simulerade olika förhållanden för marsatmosfärens sammansättning och temperatur i laboratorieexperiment. De upptäckte att när 12 CO2 utsätts för ultraviolett ljus (UV) från solen, absorberar den företrädesvis UV-strålning, vilket leder till att den dissocieras till CO som utarmats efter 13 C, lämnar efter sig CO2 berikad med 13 C.
Denna isotopfraktionering (separation av isotoper) observeras också i de övre atmosfärerna på Mars och jorden, där UV-strålning från solen orsakar CO2 att dissociera till CO med utarmade 13 C-innehåll. I en reducerande Marsatmosfär omvandlas CO till enkla organiska föreningar som formaldehyd och karboxylsyror.
Under den tidiga Marstiden, med yttemperaturer nära vattnets fryspunkt och som inte överstiger 300 K (27°C), kan dessa föreningar ha lösts upp i vatten och lagt sig i sediment.
Med hjälp av modellberäkningar fann forskarna det i en atmosfär med en CO2 till CO-förhållande på 90:10, en 20 % omvandling av CO2 till CO skulle leda till sedimentärt organiskt material med δ 13 CVPDB värden på -135‰. Även den återstående CO2 skulle berikas med 13 C med δ 13 CVPDB värden på +20‰. Dessa värden överensstämmer nära med de som ses i sediment som analyserats av Curiosity-rovern och uppskattats från en Mars-meteorit. Detta fynd pekar på en atmosfärisk process snarare än en biologisk process som den huvudsakliga källan till bildning av organiskt material på tidiga Mars.
"Om uppskattningen i denna forskning är korrekt, kan det finnas en oväntad mängd organiskt material i Mars sediment. Detta tyder på att framtida utforskningar av Mars kan avslöja stora mängder organiskt material", säger Ueno.
Mer information: Yuichiro Ueno et al, Synthesis of 13 C-utarmat organiskt material från CO i en reducerande tidig Mars-atmosfär, Naturgeovetenskap (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01443-z
Journalinformation: Naturgeovetenskap
Tillhandahålls av Tokyo Institute of Technology
