Вопрос о том, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе, десятилетиями будоражил воображение ученых и общественности. Центральным моментом открытия является получение информации о прошлом климата соседа Земли: была ли планета теплой и влажной, с морями и реками, похожими на те, что есть на нашей планете? Или она была холодной и ледяной, и поэтому потенциально менее склонной к поддержанию жизни, какой мы ее знаем? Новое исследование находит доказательства в поддержку последнего, выявляя сходства между почвами, обнаруженными на Марсе, и почвами канадского Ньюфаундленда, холодного субарктического климата.
Исследование, опубликованное в Communications Earth and Environment, искало почвы на Земле с материалами, сопоставимыми с материалами кратера Гейла на Марсе. Ученые часто используют почву для изображения истории окружающей среды, поскольку присутствующие минералы могут рассказать историю эволюции ландшафта с течением времени.
Понимание того, как образовались эти материалы, может помочь ответить на давние вопросы об исторических условиях на Красной планете. Почвы и камни кратера Гейла содержат данные о климате Марса от 3 до 4 миллиардов лет назад, во времена относительно обильного количества воды на планете — и в тот же период времени, когда на Земле впервые появилась жизнь.
«Кратер Гейла — это палеоозеро, там явно была вода. Но каковы были условия окружающей среды, когда там была вода?» — говорит Энтони Фельдман, почвовед и геоморфолог, который сейчас работает в DRI. «Мы никогда не найдем прямого аналога марсианской поверхности, потому что условия на Марсе и Земле сильно различаются. Но мы можем рассмотреть тенденции в земных условиях и использовать их, чтобы попытаться экстраполировать на марсианские вопросы».
Марсоход Curiosity от NASA исследует кратер Гейла с 2011 года и обнаружил множество почвенных материалов, известных как «рентгеноаморфный материал». Эти компоненты почвы не имеют типичной повторяющейся атомной структуры, которая определяет минералы, и поэтому их нельзя легко охарактеризовать с помощью традиционных методов, таких как рентгеновская дифракция.
Когда рентгеновские лучи направлены на кристаллические материалы, например, алмаз, они рассеиваются под характерными углами, зависящими от внутренней структуры минерала. Однако рентгеноаморфный материал не оставляет таких характерных «отпечатков пальцев». Этот метод рентгеновской дифракции использовался марсоходом Curiosity, чтобы продемонстрировать, что рентгеноаморфный материал составляет от 15 до 73% образцов почвы и горных пород, протестированных в кратере Гейла.
«Можно представить себе рентгеноаморфные материалы, например, желе», — говорит Фельдман. «Это суп из разных элементов и химикатов, которые просто скользят друг мимо друга».
Марсоход Curiosity также провел химический анализ образцов почвы и горных пород, обнаружив, что аморфный материал богат железом и кремнием, но имеет дефицит алюминия. Помимо ограниченной химической информации, ученые пока не понимают, что представляет собой аморфный материал или что его присутствие подразумевает для исторической среды Марса. Получение дополнительной информации о том, как эти загадочные материалы формируются и сохраняются на Земле, может помочь ответить на насущные вопросы о Красной планете.
Фельдман и его коллеги посетили три места в поисках похожего рентгеноаморфного материала: плато национального парка Грос-Морн в Ньюфаундленде, горы Кламат в Северной Калифорнии и западную Неваду. Эти три места имели серпентиновые почвы, которые, как ожидали исследователи, химически были похожи на рентгеноаморфный материал в кратере Гейла: богатые железом и кремнием, но лишенные алюминия.
В трех местах также были получены данные о количестве осадков, снега и температуре, которые могут помочь получить представление о типе условий окружающей среды, способствующих образованию аморфного материала и способствующих его сохранению.
На каждом участке исследовательская группа исследовала почвы с помощью рентгеновского дифракционного анализа и просвечивающей электронной микроскопии , что позволило им увидеть почвенные материалы на более детальном уровне. Субарктические условия Ньюфаундленда произвели материалы, химически схожие с теми, что были найдены в кратере Гейла, но также не имевшие кристаллической структуры. Почвы, произведенные в более теплом климате, например, в Калифорнии и Неваде, этого не сделали.
«Это показывает, что для формирования этих материалов нужна вода», — говорит Фельдман. «Но для сохранения аморфного материала в почвах нужны холодные, близкие к нулю среднегодовые температуры».
Аморфный материал часто считается относительно нестабильным, то есть на атомном уровне атомы еще не организовались в свои окончательные, более кристаллические формы.
«В кинетике — или скорости реакции — происходит что-то, что замедляет ее, так что эти материалы могут сохраняться в геологических масштабах времени», — говорит Фельдман. «Мы предполагаем, что очень холодные, близкие к замерзанию условия являются одним из конкретных кинетических ограничивающих факторов, которые позволяют этим материалам формироваться и сохраняться».
«Это исследование улучшает наше понимание климата Марса», — добавляет Фельдман. «Результаты показывают, что обилие этого материала в кратере Гейла соответствует субарктическим условиям, похожим на те, которые мы могли бы наблюдать, например, в Исландии».
