Wetenschappers hebben nieuwe analytische hulpmiddelen bedacht om de raadselachtige geschiedenis van de atmosfeer van Mars te doorbreken - en of het leven daar ooit mogelijk was.

Een paper met details over het werk is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang . Het kan astrobiologen helpen de alkaliteit te begrijpen, pH en stikstofgehalte van oude wateren op Mars, en bij uitbreiding, de koolstofdioxidesamenstelling van de oude atmosfeer van de planeet.

Mars van vandaag is te koud om vloeibaar water op het oppervlak te hebben, een vereiste voor het hosten van het leven zoals wij dat kennen.

"De vraag die onze interesse drijft, is niet of er leven is op het huidige Mars, " zei Tim Lyons, UCR onderscheiden hoogleraar biogeochemie. "In plaats daarvan worden we gedreven door de vraag of er miljarden jaren geleden leven op Mars was, wat aanzienlijk waarschijnlijker lijkt."

Echter, "Er is overweldigend bewijs dat Mars ongeveer 4 miljard jaar geleden oceanen met vloeibaar water had. ’ merkte Lyons op.

De centrale vraag die astrobiologen stellen is hoe dat mogelijk was. De rode planeet staat verder van de zon dan de aarde, en miljarden jaren geleden produceerde de zon minder warmte dan nu.

"Om de planeet warm genoeg te hebben gemaakt voor vloeibaar oppervlaktewater, zijn atmosfeer zou waarschijnlijk een enorme hoeveelheid broeikasgas nodig hebben gehad, specifiek kooldioxide, " legde Chris Tino uit, een UCR-afgestudeerde student en co-eerste auteur van het artikel samen met Eva Stüeken, een docent aan de Universiteit van St. Andrews in Schotland.

Aangezien het onmogelijk is om de atmosfeer van Mars van miljarden jaren geleden te bemonsteren om het koolstofdioxidegehalte te achterhalen, het team concludeerde dat een site op aarde waarvan de geologie en chemie overeenkomsten vertonen met het oppervlak van Mars enkele van de ontbrekende stukken zou kunnen bieden. Ze vonden het in de Nordlinger Ries-krater in Zuid-Duitsland.

Ongeveer 15 miljoen jaar geleden gevormd na te zijn geraakt door een meteoriet, De Ries-krater heeft lagen van rotsen en mineralen die beter bewaard zijn gebleven dan bijna overal op aarde.

De Mars 2020-rover zal landen in een vergelijkbaar gestructureerd, goed bewaarde oude krater. Beide plaatsen hadden in hun verre verleden vloeibaar water, waardoor hun chemische samenstelling vergelijkbaar is.

Volgens Tinus het is onwaarschijnlijk dat het oude Mars genoeg zuurstof had om complexe levensvormen zoals mensen of dieren te huisvesten.

Echter, sommige micro-organismen hadden kunnen overleven als het oude Marswater zowel een neutrale pH-waarde had als sterk alkalisch was. Die omstandigheden impliceren voldoende koolstofdioxide in de atmosfeer - misschien duizenden keren meer dan wat de aarde tegenwoordig omringt - om de planeet te verwarmen en vloeibaar water mogelijk te maken.

Terwijl pH de concentratie van waterstofionen in een oplossing meet, alkaliteit is een maat die afhankelijk is van verschillende ionen en hoe ze interageren om de pH te stabiliseren.

"Ries-kratersteenmonsters hebben verhoudingen van stikstofisotopen die het best kunnen worden verklaard door een hoge pH, " zei Stüeken. "Bovendien, de mineralen in de oude sedimenten vertellen ons dat de alkaliteit ook erg hoog was."

Echter, Marsmonsters met minerale indicatoren voor hoge alkaliteit en stikstofisotoopgegevens die wijzen op een relatief lage pH, zouden extreem hoge niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer van het verleden vereisen.

De resulterende schattingen van koolstofdioxide zouden kunnen helpen bij het oplossen van het al lang bestaande mysterie van hoe een oude Mars die zich zo ver van een zwakke vroege zon bevindt, warm genoeg zou kunnen zijn voor oppervlakte-oceanen en misschien voor leven. Hoe zulke hoge niveaus konden worden gehandhaafd en wat eronder zou hebben geleefd, blijven belangrijke vragen.

"Vóór deze studie, het was niet duidelijk dat zoiets eenvoudigs als stikstofisotopen kon worden gebruikt om de pH van oude wateren op Mars te schatten; pH is een belangrijke parameter bij het berekenen van de kooldioxide in de atmosfeer, ' zei Tine.

De financiering voor deze studie kwam van het NASA Astrobiology Institute, waar Lyons het Alternative Earths-team leidt dat is gebaseerd op UCR. In de studie waren Gernot Arp van de Georg-August Universiteit van Göttingen en Dietmar Jung van het Beierse Staatsbureau voor Milieu opgenomen.

Wanneer monsters van NASA's Mars 2020-rovermissie naar de aarde worden teruggebracht, ze konden worden geanalyseerd op hun stikstofisotoopverhoudingen. Deze gegevens kunnen het vermoeden van het team bevestigen dat zeer hoge niveaus van kooldioxide lang geleden vloeibaar water mogelijk maakten en misschien zelfs sommige vormen van microbieel leven.

"Het kan 10-20 jaar duren voordat monsters terug naar de aarde worden gebracht, " Lyons said. "But I am delighted to know that we have perhaps helped to define one of the first questions to ask once these samples are distributed to labs in the U.S. and throughout the world."