Curiosity обнаружил первые свидетельства углеродного цикла на древнем Марсе

Неожиданное открытие в кратере Гейла — это недостающий элемент в головоломке, посвящённой истории климата Марса.

Там, в породе, марсоход Curiosity обнаружил минерал под названием сидерит, который мог образоваться только в результате осаждения углерода из марсианской атмосферы. Другими словами, миллиарды лет назад на Марсе происходил активный углеродный цикл.

Это первое свидетельство углеродного цикла на Марсе, полученное на месте, и оно даёт важную информацию о том, могла ли на Красной планете когда-либо существовать жизнь.

«Это говорит нам о том, что планета была пригодна для жизни и что модели пригодности для жизни верны», — говорит геохимик Бенджамин Тутоло из Университета Калгари в Канаде.

Один из самых важных вопросов о древнем Марсе связан с его водой. Все свидетельства указывают на то, что планета была богата водоёмами с жидкой водой на своей поверхности, с озёрами и океанами, которые плескались, лизали и накатывали волнами на береговые линии.

Чтобы атмосфера Марса была достаточно тёплой и стабильной для существования жидкой воды, в ней должно было быть значительное количество углекислого газа, выбрасываемого в небо активными вулканами, которые когда-то бушевали на поверхности.

Большая часть этого углекислого газа улетучилась бы в космос, но его всё равно осталось бы достаточно, чтобы нагреть Марс и оставить следы в минералах на его поверхности.

Есть только одна маленькая проблемка.

«Модели предсказывают, что карбонатные минералы должны быть широко распространены, но на сегодняшний день исследования марсианской поверхности с помощью марсоходов и орбитальных спутников не выявили убедительных доказательств их присутствия», — сказал Тутоло в интервью ScienceAlert.

Шокирующее новое открытие было сделано на основе данных, полученных в 2022 и 2023 годах, когда марсоход Curiosity, который уже более 10 лет бороздит кратер Гейла, провёл рентгеноструктурный анализ минералов из разных частей дна кратера с помощью своего прибора для изучения химии и минералогии (CheMin).

Тутоло и его коллеги тщательно проанализировали данные, полученные марсоходом Curiosity, и обнаружили удивительно чистый кристаллический сидерит в трёх из четырёх пробуренных марсоходом скважин. Этот сидерит, состоящий в основном из железа и триоксида углерода с небольшим количеством магния, поразил исследователей.

«Мы были удивлены, обнаружив здесь карбонатные минералы, потому что даже самые тщательные исследования данных орбитальной спектроскопии, полученных для этих осадочных пород, не позволили выявить карбонатные минералы», — сказал Тутоло.

«Оказывается, наличие других минералов — в частности, хорошо растворимых в воде сульфатных солей магния — вероятно, маскирует присутствие карбонатных минералов в орбитальных данных. Поскольку подобные породы, содержащие эти соли, были обнаружены по всему миру, мы делаем вывод, что они также, вероятно, содержат большое количество карбонатных минералов».

Таким образом, это открытие не только подтверждает наличие карбонатных минералов, которые, как ожидали учёные, они и обнаружили, но и объясняет, почему учёные не могли найти их раньше и как искать их в других местах на Красной планете.

Сидерит, обнаруженный в данных марсохода Curiosity, помогает подтвердить и уточнить модели раннего тёплого периода на Марсе, который длился более 3,5 миллиардов лет назад. Это подтверждает, что в марсианской атмосфере было много углекислого газа, который помогал поддерживать на планете температуру, достаточную для существования воды, а также что углерод извлекался из атмосферы и накапливался в минералах на поверхности.

Но образование сидерита, хоть и является хорошей новостью для современных учёных, изучающих Марс, стало частью конца эпохи для самого Марса.

«Важной особенностью древнего марсианского углеродного цикла, которую мы описываем в этом исследовании, является его несбалансированность. Другими словами, в горные породы, по-видимому, было заключено значительно больше CO2, чем впоследствии было высвобождено обратно в атмосферу», — объяснил Тутоло.

«Поскольку Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, для поддержания пригодных для жизни условий в его атмосфере должно быть значительно больше CO2. Наблюдение за тем, как геохимические процессы улавливают и удерживают этот CO2, позволяет предположить, что этот несбалансированный углеродный цикл мог повлиять на способность Марса оставаться пригодным для жизни».

Эти результаты имеют несколько важных последствий. Теперь, когда учёные знают, что сидерит практически невидим для орбитальных аппаратов, они могут вернуться к предыдущим данным и поискать странные признаки его присутствия, которые они могли упустить из виду. Кроме того, в данных, собранных марсоходом, может быть больше свидетельств наличия карбонатных минералов.

Теперь, когда исследователи знают, что на Марсе происходила минерализация углерода, они могут включить эту информацию в модели истории климата планеты и определить, какую роль сыграло это явление в снижении пригодности Марса для жизни.

Эти минералы, столь распространённые и ничем не примечательные на Земле, открыли совершенно новый подход к изучению Марса.

«Я получил образование в области водной геохимии и большую часть своей карьеры посвятил работе над улавливанием углерода как решением проблемы изменения климата, вызванного деятельностью человека. Работая бок о бок с исключительно талантливыми и разносторонними специалистами из Лаборатории марсианских исследований, я в конечном счёте смог применить знания, полученные в ходе работы над решением проблемы изменения климата, для интерпретации этих минералогических наблюдений», — сказал Тутоло.

«Честно говоря, если бы вы рассказали мне обо всём этом, когда мне было 15, я бы ни за что не поверил!»

Результаты исследования были опубликованы в Science Advances.