Атмосферное происхождение органического вещества предполагает, что поверхности Марса могут содержать большее количество органических соединений, чем предполагалось ранее. Кредит: Токийский технологический институт
Хотя Марс представляет собой бесплодный, пыльный ландшафт без признаков жизни, его геологические особенности, такие как дельты, дна озер и речные долины, убедительно свидетельствуют о прошлом, когда вода когда-то обильно текла по его поверхности. Чтобы изучить эту возможность, ученые исследуют отложения, сохранившиеся вблизи этих образований. Состав этих отложений содержит подсказки о ранних условиях окружающей среды, процессах, которые формировали планету с течением времени, и даже о потенциальных признаках прошлой жизни.
В одном из таких анализов отложения, собранные марсоходом Curiosity из кратера Гейла, предположительно древнего озера, образовавшегося примерно 3,8 миллиарда лет назад в результате удара астероида, обнаружили органическое вещество. Однако это органическое вещество содержало значительно меньшее количество изотопа углерода-13 (13C) по сравнению с изотопом углерода-12 (12C) по сравнению с тем, что обнаружено на Земле, что позволяет предположить другие процессы образования органического вещества на Марсе.
Теперь исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience 9 мая 2024 года, проясняет это несоответствие. Исследовательская группа под руководством профессора Юичиро Уэно из Токийского технологического института и профессора Мэтью Джонсона из Копенгагенского университета обнаружила, что фотодиссоциация углекислого газа (CO2) в атмосфере до монооксида углерода (CO) и последующее восстановление приводит к образованию органических веществ. с обедненным содержанием 13С.
«При измерении соотношения стабильных изотопов между 13C и 12C марсианское органическое вещество имеет содержание 13C от 0,92% до 0,99% от углерода, из которого оно состоит. Это чрезвычайно мало по сравнению с осадочным органическим веществом Земли, которое составляет около 1,04%. и атмосферный CO2 — около 1,07%, оба из которых являются биологическими остатками и не похожи на органическое вещество в метеоритах, содержание которого составляет около 1,05%», — объясняет Уэно.
Ранний Марс имел атмосферу, богатую CO2, содержащую изотопы как 13C, так и 12C. В лабораторных экспериментах исследователи смоделировали различные условия состава и температуры марсианской атмосферы. Они обнаружили, что когда 12CO2 подвергается воздействию солнечного ультрафиолетового (УФ) света, он преимущественно поглощает УФ-излучение, что приводит к его диссоциации на CO, обедненный 13C, оставляя после себя CO2, обогащенный 13C.
Это изотопное фракционирование (разделение изотопов) также наблюдается в верхних слоях атмосферы Марса и Земли, где УФ-излучение Солнца вызывает диссоциацию CO2 на CO с обедненным содержанием 13C. В восстановительной марсианской атмосфере CO превращается в простые органические соединения, такие как формальдегид и карбоновые кислоты.
В раннюю марсианскую эпоху, когда температура поверхности была близка к точке замерзания воды и не превышала 300 К (27°C), эти соединения могли раствориться в воде и оседать в отложениях.
Используя модельные расчеты, исследователи обнаружили, что в атмосфере с соотношением CO2 к CO 90:10 20%-ная конверсия CO2 в CO приведет к образованию осадочных органических веществ со значениями δ13CVPDB -135‰. Кроме того, оставшийся CO2 будет обогащен 13C со значениями δ13CVPDB +20‰. Эти значения близко соответствуют тем, которые наблюдаются в отложениях, проанализированных марсоходом Curiosity и оцененных по марсианскому метеориту. Это открытие указывает на то, что главным источником образования органического вещества на раннем Марсе был атмосферный, а не биологический процесс.
«Если оценка этого исследования верна, в марсианских отложениях может присутствовать неожиданное количество органического материала. Это говорит о том, что будущие исследования Марса могут обнаружить большие количества органического вещества», — говорит Уэно.
Информация от: Токийским технологическим институтом
