Геологи, проанализировавшие порядка 4-х десятков метеоритов, упавших на Землю с Марса, разгадали тайну марсианской атмосферы, скрывавшуюся в химических «подписях» этих древних горных пород. Статья с результатами их исследования была опубликована в журнале «Nature» 17 апреля 2014 года. Согласно учёным, атмосферы Марса и Земли стали кардинально отличаться уже на самом раннем этапе эволюции Солнечной системе, возраст которой, по подсчетам учёных, составляет порядка 4,6 млрд лет.
Результаты проведенного исследования позволят сделать очередной шаг в понимании того, существует ли (или когда-то существовала) жизнь на Красной планете, и как вода, протекавшая по её поверхности в далёком прошлом, полностью исчезла.
Heather Franz, бывшая научная сотрудница University of Maryland, которая в настоящее время работает в составе команды специалистов Goddard Space Flight Center, курирующих исследования и работу марсохода NASA «Curiosity», вместе с профессором геологии James Farquhar из UMD провела исследование. Учёные изучили и измерили состав серы сорока марсианских метеоритов — что гораздо больше, нежели во всех предыдущих исследованиях. Из более чем 60 тысяч метеоритов, найденных на Земле, лишь 69, как полагают учёные, являются частями горных пород, отделившихся от поверхности Марса.
Марсианскими метеоритами принято называть магматические породы, сформировавшиеся на Марсе, которые были «изгнаны» в космическое пространство во время столкновения кометы или астероида с Красной планеты, и которые в последующем «приземлились» на Землю. Самому древнему метеориту, анализ которого проводится в ходе исследований, примерно 4,1 млрд лет, то есть он сформировался, когда наша Солнечная система была ещё совсем юна. Возраст самых «молодых» марсианских метеоритов варьируется в диапазоне от 200 до 500 млн лет.
Изучение марсианских метеоритов разных возрастов может помочь учёным исследовать химических состав марсианской атмосферы на протяжении всей истории планеты, и выяснить, была ли Красная планета когда-то пригодной для жизни. Как и Земле, Марсу присущи все основные элементы, необходимые для жизни, но условия на Красной планете менее благоприятные: низкая температура, чрезвычайно «сухая» поверхность, подверженность мощному космическому излучению и ультрафиолетовому излучению от Солнца. Тем не менее, некоторые геологические особенности, очевидно, были сформированы именно водным путём, что является признаком существования более мягких условий на планете в прошлом. Учёные не уверены в том, что именно позволяло жидкой воде существовать на поверхности Марса, но парниковые газы, образующиеся в ходе вулканической активности, явно сыграли определённую роль.
Сера, которой очень много на Марсе, возможно, была среди парниковых газов, нагревающих поверхность, и, не исключено, что именно она представляла собой источник пищи для микроорганизмов. Поскольку метеориты являются источником информации о марсианской среде, исследователи проанализировали атомы серы, входящие в состав горных пород.
В марсианские метеориты сера попала из расплавленной горной породы — магмы — которая выступала на поверхность во время извержений вулканов. Вулканы также испускали в атмосферу диоксид серы, который при взаимодействии с солнечным светом вступал в реакции с прочими молекулами, в итоге благополучно оседая на поверхности Красной планеты.
Сера имеет четыре естественных устойчивых изотопа (4 различных формы элемента), каждому из которых присуща собственная атомная «подпись». Сера также химически универсальна — это выражается в том, что она может взаимодействовать со многими иными химическими элементами, при чем каждый тип взаимодействия распределяет изотопы совершенно особенным образом.
Исследователи, измеряя соотношения изотопов серы в выборках горных пород, могут выяснить, содержала ли магма, исходящая из недр планеты, серу, атмосфера — диоксид серы или продукты биологической активности.
Используя современные методы для отслеживания изотопов серы в выборках марсианских метеоритов, исследователи смогли идентифицировать некоторое количество серы, которая является продуктом фотохимических процессов в атмосфере Марса. Сера была депонирована (выпала в виде осадков) на поверхность, после чело смешалась с магмой, образовавшей в конечном счете магматические породы. Изотопные «отпечатки пальцев», найденные в выборках метеорита, отличаются от тех, которые были произведены серой, обусловленной формами жизни. Учёные установили, что химические реакции с участием серы в атмосфере Марса существенно отличались о тех, которые имели место в ранней геологической истории Земли. По словам Heather Franz, это явный признак того, что ранние атмосферы двух планет чрезвычайно отличались друг от друга.
Точная природа различий пока не ясна, но согласно другим данным, вскоре после того, как Солнечная система сформировалась, большая часть атмосферы Марса куда-то исчезла. Как результат атмосфера Красной планеты стала намного тоньше земной, а концентрации в ней двуокиси углерода и прочих газов на порядок ниже. Это — одна из причин, почему Марс стал слишком холодным для существования жидкой воды, отмечает Franz.
По её словам, климатические модели показывают, что умеренное изобилие двуокиси серы в атмосфере после вулканических «эпизодов», происходивших на протяжении всей геологической истории Марса, возможно, производило согревающий эффект, который и позволял воде пребывать длительное время на поверхности Марса в жидком состоянии. Измерения серы в марсианских метеоритах позволили сузить диапазон возможных атмосферных составов, так как картины изотопов указывают на особый тип фотохимической активности на Марсе, отличающейся от того, что присуще ранней Земле, отмечает Franz.
Периодичность повышения уровня двуокиси серы может помочь объяснить природу высохших озёр, речных каналов и прочих доказательств водного прошлого планеты. Теплые условия могли сохраняться на планете достаточно долго, позволяя тем самым развиваться микробной жизни.
Работа команды представила наиболее детализированный отчет о распределении изотопов серы на Марсе. По сути, учёные составили базу данных атомарных «отпечатков пальцев», которые могут служить базой сравнения для серосодержащих образцов, собранных марсоходом NASA «Curiosity».
James Farquhar подытожил, что полученная им и его коллегами информация облегчает работу исследователей, позволяя им исключать признаки биологической активности, производимые серой.
