Sporing af oprindelsen af ​​organisk stof i Mars sedimenter

Selvom Mars præsenterer et goldt, støvet landskab uden tegn på liv indtil videre, tyder dets geologiske træk som deltaer, søbunde og floddale stærkt på en fortid, hvor vandet engang flød rigeligt på overfladen. For at udforske denne mulighed undersøger forskere sedimenter, der er bevaret nær disse formationer. Sammensætningen af ​​disse sedimenter rummer spor om de tidlige miljøforhold, de processer, der formede planeten over tid, og endda potentielle tegn på tidligere liv.

I en sådan analyse afslørede sedimenter indsamlet af Curiosity-roveren fra Gale Crater, der menes at være en gammel sø dannet for cirka 3,8 milliarder år siden på grund af en asteroide, organisk stof. Imidlertid havde dette organiske stof en betydeligt lavere mængde af kulstof-13 isotopen ( ¹³ C) i forhold til kulstof-12 isotoper ( ¹² C) sammenlignet med, hvad der findes på Jorden, hvilket tyder på forskellige processer for dannelse af organisk stof på Mars.

Nu er en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Geoscience den 9. maj 2024 belyser denne uoverensstemmelse. Et forskerhold, ledet af professor Yuichiro Ueno fra Tokyo Institute of Technology og professor Matthew Johnson fra Københavns Universitet, fandt ud af, at fotodissociationen af ​​kuldioxid (CO₂ ) i atmosfæren til kulilte (CO) og efterfølgende reduktion resulterer i organisk stof med udtømt ¹³ C indhold.

"Om måling af det stabile isotopforhold mellem ¹³ C og ¹² C, det organiske stof fra Mars har en ¹³ C overflod på 0,92% til 0,99% af det kulstof, der udgør det. Dette er ekstremt lavt sammenlignet med Jordens sedimentære organiske stof, som er omkring 1,04 %, og atmosfærisk CO₂ , omkring 1,07 %, som begge er biologiske rester og ikke ligner det organiske stof i meteoritter, hvilket er omkring 1,05 %," forklarer Ueno.

Tidlig Mars havde en atmosfære rig på CO₂ indeholdende både ¹³ C og ¹² C isotoper. Forskerne simulerede forskellige betingelser for Mars-atmosfærens sammensætning og temperatur i laboratorieforsøg. De fandt ud af, at da ¹² CO₂ udsættes for solar ultraviolet (UV) lys, absorberer det fortrinsvis UV-stråling, hvilket fører til dets dissociation til CO, der er udtømt i ¹³ C, efterlader CO₂ beriget med ¹³ C.

Denne isotopfraktionering (adskillelse af isotoper) observeres også i de øvre atmosfærer på Mars og Jorden, hvor UV-bestråling fra solen forårsager CO₂ at dissociere til CO med udtømte ¹³ C indhold. I en reducerende Marsatmosfære omdannes CO til simple organiske forbindelser såsom formaldehyd og carboxylsyrer.

I løbet af den tidlige Mars-æra, med overfladetemperaturer tæt på vands frysepunkt og ikke over 300 K (27°C), kan disse forbindelser være opløst i vand og bundfældet i sedimenter.

Ved hjælp af modelberegninger fandt forskerne det ud i en atmosfære med en CO₂ til CO-forhold på 90:10, en 20 % omdannelse af CO₂ til CO ville føre til sedimentært organisk stof med δ ¹³ C_VPDB værdier på -135‰. Også den resterende CO₂ ville blive beriget med ¹³ C med δ ¹³ C_VPDB værdier på +20‰. Disse værdier stemmer nøje overens med dem, der ses i sedimenter analyseret af Curiosity-roveren og estimeret ud fra en Mars-meteorit. Dette fund peger på en atmosfærisk proces snarere end en biologisk proces som hovedkilden til dannelse af organisk stof på tidlig Mars.

"Hvis vurderingen i denne forskning er korrekt, kan der være en uventet mængde organisk materiale til stede i Mars-sedimenter. Dette tyder på, at fremtidige udforskninger af Mars kan afdække store mængder organisk stof," siger Ueno.

Flere oplysninger: Yuichiro Ueno et al., Syntese af ¹³ C-udtømt organisk materiale fra CO i en reducerende tidlig Mars atmosfære, Natur Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01443-z

Journaloplysninger: Natur Geoscience

Leveret af Tokyo Institute of Technology