Kloratrig jord kan hjælpe os med at finde flydende vand på Mars

Hvis der findes flydende vand på overfladen af ​​Mars, det er mest sandsynligt i form af en briny blanding med magnesiumchloratsalte, ifølge nye eksperimenter baseret på opdagelser, der tidligere blev foretaget af NASAs Phoenix- og vikingelandere, samt Curiosity -roveren.

Forskere ved Institut for Jord- og Rumvidenskab ved University of Washington, Seattle, studerede blandinger af vand med salte, der vides at eksistere på Mars, at finde ud af, hvilke der sandsynligvis var flydende på Mars 'overflade. Forsøgene sammenlignede saltopløsningernes damptryk og vandabsorberende evne. Resultaterne tyder på, at vand blandet med magnesiumchlorat ville være mindre tilbøjelig til at fordampe eller fryse på Mars sammenlignet med vand blandet med natrium- eller kaliumchlorat. Resultaterne vil blive præsenteret i september 2018 -udgaven af Earth and Planetary Science Letters .

Gasser, væsker og faste stoffer

Et stoffes 'triple point' er temperaturen og trykket, ved hvilket det kan sameksistere i alle tre faser:gas, flydende og fast. For vand, det tredobbelte punkt findes ved 0,01 grader Celsius (32 grader Fahrenheit) og 6,12 millibar, eller 0,6% af det atmosfæriske tryk på jordens overflade. Med andre ord, man kunne forestille sig en spand vand på det tredobbelte punkt, hvor vandet findes som is, der flyder på et lag flydende vand, med vanddamp lige over isen, der har sublimeret eller fordampet fra den. Dampen, der er i kontakt med isen, udøver et tryk på isen, som vi kalder damptrykket.

Selvom de optimale forhold i nogle ækvatoriale områder på Mars kan være lige under vandets tredobbelte punkt, for resten af ​​planeten ligger temperaturerne normalt godt under det tredobbelte punkt. Når atmosfæretrykket er lavere end en væskes damptryk, væsken fordamper. Rent vand ville hurtigt fordampe under den tynde Mars -atmosfære, hvilket er cirka 1% af Jordens. Saltløsninger, imidlertid, ikke fordampe eller fryse lige så let, og derfor ville det være mere sandsynligt at forblive flydende på Mars.

At forstå hvilke kombinationer af salt og vand der sandsynligvis forbliver flydende, kan hjælpe med at fortælle os, hvor vi skal lede efter tegn på flydende vand, og derfor muligvis liv, på den røde planet.

Saltløsninger er hygroskopiske, hvilket betyder, at de er gode til at optage vand. Visse salte kan muligvis absorbere selv små mængder vand, der er tilgængeligt på Mars. Mange forskellige slags salte findes på Mars, såsom klorider, sulfater, chlorater, og perchlorater. Disse kan findes overalt på Mars -overfladen, ifølge data fra forskellige lander- og rover -missioner.

I 2008, Phoenix Landers Thermal Evolved Gas Analyzer (TEGA), som var en del af dets indbyggede Wet Chemistry Lab, fundet perchlorater i jordprøver fra Mars 'nordpolære område, ved koncentrationer på 0,4-0,6%. Dette tilskyndede forskere til at analysere data fra jordprøver fra vikingelanderen, som fandt sted i 1970'erne.

Den nye analyse antydede, at jorden fundet ved Chryse og Utopia Planitiae af vikingelanderne indeholdt perchlorater i en koncentration, der var mindre end eller lig med 0,1%. Derefter, i 2013, Curiosity rover's Sample Analysis at Mars (SAM) instrument fandt calciumperchlorat i jordprøver fra Rocknest, som er et sted i Gale Crater.

Seneste, Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) instrumentet ombord på NASAs Mars Reconnaissance Orbiter detekteret magnesiumperchlorat, magnesiumchlorat og natriumperchlorat inden for tilbagevendende hældningslinier. Disse er striber, der kører nedad i den varmere Mars -sæson og, for en tid, man mente stærkt, at de var fremstillet af rindende vand. På grund af saltene, den tynde atmosfære og de kolde temperaturer, ethvert sådant vand ville sandsynligvis være mere lystigt end rent. Selvom resultaterne nu tyder på, at strømme af tørt materiale på en eller anden måde frembringer striberne, det er stadig muligt, at vand stadig kunne eksistere som en væske et sted på overfladen af ​​Mars.

Blanding af salte

Hvilke af disse chlorater og perchlorater ville mest sandsynligt blive opløst i vand under Mars -forhold?

University of Washingtons Jonathan Toner og David Catling havde tidligere modelleret data fra Phoenix's Wet Chemistry Lab, at forstå, hvordan forskellige salte opfører sig i Mars 'kuldegrader. De fandt ud af, at jordprøverne sandsynligvis indeholdt magnesiumsulfat, magnesiumperchlorat, natriumperchlorat, kaliumperchlorat, natriumchlorid og calciumcarbonat.

I deres seneste undersøgelse, Toner og Catling lavede løsninger fra disse salte. De fandt ud af, at ud af alle salt-vand-blandinger, magnesiumchloratopløsningen havde det laveste damptryk. Dette betyder, at det er mindst sandsynligt, at det fordamper eller fryser, og det er mest sandsynligt, at det absorberer det lave fugtighedsniveau i Mars -atmosfæren.

Så for at finde flydende vand på Mars, skal forskere kun kigge efter steder på Mars, der er rige på magnesiumchlorat?

"Alle salte, der findes i Mars -jord, vil sandsynligvis være som en saltblanding, så måling af disse blandings egenskaber er vigtig, "siger Toner. Baseret på jordkemien målt af Phoenix -landeren, Toner siger, at blandinger af natrium og magnesiumchlorat højst sandsynligt er der henviser til, at calciumchloratblandinger sandsynligvis ikke findes.

"Chlorsalte kan være meget mere rigelige end perchlorater på Mars, "Toner tilføjer." Vores resultater indikerer, at chlorater kan have en endnu større evne til at danne vand end perchlorater via deliquescens [dvs. absorberer fugt og opløses i det] og issmeltning. "

Vand for livet

Kan der være nok vand i disse saltlage til at understøtte mikrobielt liv? Undersøgelser af ekstremofiler dyrket i perchlorat- og chloratopløsninger tyder på, at mikrober kan overleve i saltlage, der kan eksistere på Mars. En gruppe forskere ledet af Mark Schneegurt, professor i biologiske videnskaber ved Wichita State University i Kansas, USA, fandt ud af, at flere arter af halotolerante, dvs. salttolerante bakterier, kunne vokse i høje koncentrationer af kloratsalte.

"Indtil nu, vi har dyrket bakterier i chlorater ved mere end halvdelen af ​​deres [laveste smelte] punktkoncentration, [hvilket er] hvad vi ville forvente på Mars, "siger Schneegurt." Selvom vi ikke har vist, at mikrober kan vokse ved de højeste koncentrationer, der er nødvendige, da vi startede, var det ikke klart, at mikrober endda kunne vokse i de 0,6%, som Phoenix fandt. Vi er på mere end 25% lige nu og går højere. Vi har vist mikrobiel vækst under disse saltforhold, og disse salte er almindelige på Mars. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASA's Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.