科学家揭露火星上的碳的三种可能来源

2022年01月18日 10:49 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

NASA的“好奇号”探测器于2012年8月6日登陆火星,从那时起,它就在Gale环形山漫游。它在那里采集样本并将结果送回供研究人员解释。对取自六个暴露位置(包括一个暴露的悬崖)的沉积物样本中的碳同位素的分析,研究人员对其碳的来源有了三种合理的解释--宇宙尘埃、二氧化碳的紫外线降解、生物产生的甲烷的紫外线降解。

研究人员于日前在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上指出:“这三种情况都是非常规的,跟地球上常见的过程不同。”

碳有两种稳定的同位素--碳12和碳13。通过观察物质中每一种的数量,研究人员可以确定发生的碳循环的具体情况,即使它发生在很久之前。

宾夕法尼亚州立大学地球科学教授Christopher H. House指出:“我们太阳系中的碳12和碳13的数量是太阳系形成时存在的数量。两者都存在于一切事物中,但由于碳12比碳13反应得更快,观察样品中每种物质的相对数量可以揭示出碳循环。”

“好奇号”在过去的九年中一直在探索Gale环形山的一个区域,该区域暴露了古代岩石层。漫游车钻进了这些岩层的表面并从埋藏的沉积层中回收了样品。“好奇号”在没有氧气的情况下加热了这些样本以分离任何化学物质。对这种热解产生的部分还原碳的光谱分析显示,碳12和碳13的数量范围很广,而这取决于原始样品的形成地点或时间。一些碳在碳13中特别贫乏,而其他碳样品则富含碳13。

House指出:“碳13含量极度匮乏的样本有点像取自27亿年前沉积物的澳大利亚的样本。那些样本是由生物活动引起的,当时甲烷被古代微生物垫层消耗,但我们不一定能在火星上也这么说,因为它是一个可能由跟地球不同的材料和过程形成的星球。”

为了解释异常枯竭的样本,研究人员提出了三种可能性--宇宙尘埃云,紫外线辐射分解二氧化碳,生物创造的甲烷的紫外线降解。

据根据House的说法,太阳系每隔几亿年就会经过一个银河系分子云。

“它并没有沉积大量的尘埃,在地球记录中很难看到任何这些沉积事件,”House称。

为了创造一个“好奇号”可以取样的层,银河系的尘埃云首先会要降低仍含有水的火星上的温度并产生冰川。尘埃则会沉积在冰面上,然后在冰川融化后需要留在原地并留下一层包括碳在内的泥土。

到目前为止,火星上的Gale环形山过去的冰川的证据有限。根据研究人员的说法,“这种解释是合理的,但它需要额外的研究”。

对碳13数量较少的第二个可能解释是二氧化碳在紫外线下转化为有机化合物,如甲醛。

“有论文预测,紫外线可能导致这种类型的分馏,”House说道,“”然而,我们需要更多的实验结果来显示这种尺寸分馏,这样我们就可以排除掉这种解释。”

产生碳13贫化样本的第三个可能的方法有一个生物基础。

在地球上,来自古地表的强烈的碳13耗损特征将表明过去的微生物消耗了微生物产生的甲烷。古代火星可能有大量的甲烷从地下释放出来,那里的甲烷生产在能量上是有利的。然后,释放的甲烷要么被表面的微生物消耗掉,要么跟紫外线反应,直接沉积在表面。

然而根据研究人员的说法,目前在过去的火星地貌上没有表面微生物的沉积证据,因此论文中强调的生物解释依赖于紫外线将碳13信号放到地面上。

“所有这三种可能性都指向一个不寻常的碳循环,不同于今天地球上的任何东西,”House解说道,“但我们需要更多的数据来弄清楚其中哪一个是正确的解释。如果漫游车能探测到一个大的甲烷羽流并测量其中的碳同位素就好了,虽然有甲烷羽流,但大多数都很小,且没有漫游车对一个大到可以测量同位素的甲烷羽流进行采样。”

另外,House还指出,发现微生物垫层的遗迹或冰川沉积的证据也可能有点儿使事情变得更清楚。

“我们正在谨慎地进行解释,这是在研究另一个世界时最好的做法,”House说道。

好奇号仍在收集和分析样本并将在约一个月后回到它在这项研究中发现一些样本的基座。

“这项研究完成了火星探测的一个长期目标,”House说道,“测量不同的碳同位素--最重要的地质学工具之一--来自另一个宜居世界的沉积物,而且它是通过观察9年的探索来实现的。”

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