Een nieuwe studie toont bewijs dat het oude Mars waarschijnlijk een ruime voorraad chemische energie had voor microben om ondergronds te gedijen.

"Wij lieten zien, gebaseerd op elementaire natuur- en scheikundeberekeningen, dat de oude Mars-ondergrond waarschijnlijk genoeg opgeloste waterstof had om een ​​wereldwijde ondergrondse biosfeer van stroom te voorzien, " zei Jesse Tarnas, een afgestudeerde student aan de Brown University en hoofdauteur van een studie gepubliceerd in Aardse en planetaire wetenschapsbrieven . "De omstandigheden in deze bewoonbare zone zouden vergelijkbaar zijn geweest met plaatsen op aarde waar ondergronds leven bestaat."

De aarde is de thuisbasis van wat bekend staat als ondergrondse lithotrofe microbiële ecosystemen, kortweg SliME's. Gebrek aan energie van zonlicht, deze ondergrondse microben halen hun energie vaak door elektronen van moleculen in hun omgeving af te pellen. Opgeloste moleculaire waterstof is een geweldige elektronendonor en het is bekend dat het SLiME's op aarde van brandstof voorziet.

Deze nieuwe studie toont aan dat radiolyse, een proces waarbij straling watermoleculen breekt in hun samenstellende waterstof- en zuurstofdelen, zou veel waterstof hebben gecreëerd in de oude ondergrond van Mars. De onderzoekers schatten dat waterstofconcentraties in de aardkorst ongeveer 4 miljard jaar geleden in het bereik zouden zijn geweest van concentraties die tegenwoordig overvloedige microben op aarde in stand houden.

De bevindingen betekenen niet dat er zeker leven bestond op het oude Mars, maar ze suggereren wel dat als het leven inderdaad begon, de ondergrond van Mars had de belangrijkste ingrediënten om het honderden miljoenen jaren te ondersteunen. Het werk heeft ook gevolgen voor toekomstige verkenning van Mars, wat suggereert dat gebieden waar de oude ondergrond is blootgesteld, goede plaatsen kunnen zijn om te zoeken naar bewijs van vorig leven.

Ondergronds gaan

Sinds de ontdekking decennia geleden van oude rivierkanalen en meerbeddingen op Mars, wetenschappers zijn geprikkeld door de mogelijkheid dat de Rode Planeet ooit het leven heeft gehost. Maar hoewel het bewijs van wateractiviteit in het verleden onmiskenbaar is, het is niet duidelijk hoeveel water uit de geschiedenis van Mars daadwerkelijk stroomde. State-of-the-art klimaatmodellen voor vroege Mars produceren temperaturen die zelden boven het vriespunt uitkomen, wat suggereert dat de vroege natte perioden van de planeet mogelijk vluchtige gebeurtenissen waren. Dat is niet het beste scenario om het leven aan de oppervlakte op de lange termijn in stand te houden, en sommige wetenschappers denken dat de ondergrond misschien een betere gok is voor het vorige leven op Mars.

"De vraag wordt dan:wat was de aard van dat ondergrondse leven, als het bestond, en waar haalde het zijn energie vandaan?" zei Jack Mustard, een professor in Brown's Department of Earth, Milieu- en planetaire wetenschappen en een co-auteur van een studie. "We weten dat radiolyse helpt om ondergrondse microben op aarde van energie te voorzien, dus wat Jesse hier deed, was het radiolyse-verhaal op Mars voortzetten."

De onderzoekers keken naar gegevens van de gammastralingsspectrometer die aan boord van NASA's Mars Odyssey-ruimtevaartuig vliegt. Ze brachten de hoeveelheden van de radioactieve elementen thorium en kalium in de Marskorst in kaart. Op basis van die overvloed, ze konden de overvloed van een derde radioactief element afleiden, uranium. Het verval van die drie elementen zorgt voor de straling die de radiolytische afbraak van water aandrijft. En omdat de elementen met constante snelheden vervallen, de onderzoekers konden de moderne abundanties gebruiken om de abundanties van 4 miljard jaar geleden te berekenen. Dat gaf het team een ​​idee van de stralingsflux die actief zou zijn geweest om radiolyse te stimuleren.

De volgende stap was om in te schatten hoeveel water er beschikbaar zou zijn geweest om die straling te laten zappen. Geologisch bewijs suggereert dat er veel grondwater zou hebben geborreld in de poreuze rotsen van de oude Marskorst. De onderzoekers gebruikten metingen van de dichtheid van de korst van Mars om ruwweg te schatten hoeveel porieruimte beschikbaar zou zijn geweest om water te vullen.

Eindelijk, het team gebruikte geothermische en klimaatmodellen om te bepalen waar de goede plek voor mogelijk leven zou zijn geweest. Het kan niet zo koud zijn dat al het water bevroren is, maar het kan ook niet te gaar worden door de hitte van de gesmolten kern van de planeet.

Door deze analyses te combineren, de onderzoekers concluderen dat Mars waarschijnlijk een wereldwijde ondergrondse bewoonbare zone had van enkele kilometers dik. In dat gebied, waterstofproductie via radiolyse zou meer dan genoeg chemische energie hebben gegenereerd om het microbiële leven te ondersteunen, gebaseerd op wat er bekend is over dergelijke gemeenschappen op aarde. En die zone zou honderden miljoenen jaren hebben bestaan, concluderen de onderzoekers.

De bevindingen hielden stand, zelfs toen de onderzoekers verschillende klimaatscenario's modelleerden - sommige aan de warmere kant, anderen aan de koudere kant. interessant, Tarnas zegt, de hoeveelheid ondergrondse waterstof die beschikbaar is voor energie stijgt juist bij extreem koude klimaatscenario's. Een dikkere ijslaag boven de bewoonbare zone dient namelijk als een deksel dat helpt voorkomen dat waterstof uit de ondergrond ontsnapt.

"Mensen hebben het idee dat een koud, vroeg klimaat op Mars slecht is voor het leven, maar wat we laten zien is dat er eigenlijk meer chemische energie is voor leven onder de grond in een koud klimaat, "Zei Tarnas. "Dat is iets waarvan we denken dat het de perceptie van mensen van de relatie tussen klimaat en vorig leven op Mars kan veranderen."

Exploratie implicaties

Tarnas en Mustard zeggen dat de bevindingen nuttig kunnen zijn bij het nadenken over waar ruimtevaartuigen naartoe moeten worden gestuurd op zoek naar tekenen van een vorig leven op Mars.

"Een van de meest interessante opties voor verkenning is kijken naar megabreccia-blokken - brokken steen die via meteorietinslagen uit de grond zijn opgegraven, "Zei Tarnas. "Velen van hen zouden uit de diepte van deze bewoonbare zone zijn gekomen, en nu zitten ze gewoon, vaak relatief onveranderd, op het oppervlak."

Mosterd, die actief is geweest bij het selecteren van een landingsplaats voor NASA's Mars 2020-rover, zegt dat dit soort breccia-blokken aanwezig zijn in ten minste twee van de locaties die NASA overweegt:Northeast Syrtis Major en Midway.

"De missie van de 2020-rover is om te zoeken naar de tekenen van vorig leven, "Zei Mustard. "Gebieden waar je misschien overblijfselen hebt van deze ondergrondse bewoonbare zone - die misschien wel de grootste bewoonbare zone op de planeet was - lijken een goede plek om je op te richten."