Wetenschap
Het opsporen van de oorsprong van organisch materiaal in sedimenten van Mars
Hoewel Mars een dor, stoffig landschap biedt zonder tekenen van leven tot nu toe, suggereren de geologische kenmerken zoals delta's, meren en riviervalleien sterk een verleden waarin water ooit overvloedig over het oppervlak stroomde. Om deze mogelijkheid te onderzoeken onderzoeken wetenschappers sedimenten die in de buurt van deze formaties zijn bewaard gebleven. De samenstelling van deze sedimenten bevat aanwijzingen over de vroege omgevingsomstandigheden, de processen die de planeet in de loop van de tijd hebben gevormd, en zelfs mogelijke tekenen van vorig leven.
In één van die analyses onthulden sedimenten verzameld door de Curiosity-rover uit de Gale-krater, vermoedelijk een oud meer dat ongeveer 3,8 miljard jaar geleden werd gevormd als gevolg van een asteroïde-inslag, organisch materiaal. Dit organische materiaal bevatte echter een aanzienlijk lagere hoeveelheid van de koolstof-13-isotoop ( 13 C) ten opzichte van koolstof-12-isotopen ( 12 C) vergeleken met wat er op aarde wordt gevonden, wat wijst op verschillende processen van organische stofvorming op Mars.
Nu blijkt uit een studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience op 9 mei 2024 verduidelijkt deze discrepantie. Een onderzoeksteam, onder leiding van professor Yuichiro Ueno van het Tokyo Institute of Technology en professor Matthew Johnson van de Universiteit van Kopenhagen, ontdekte dat de fotodissociatie van kooldioxide (CO2 ) in de atmosfeer tot koolmonoxide (CO) en de daaropvolgende reductie resulteren in organisch materiaal met uitgeputte 13 C-inhoud.
"Over het meten van de stabiele isotopenverhouding tussen 13 C en 12 C:de organische materie van Mars heeft een 13 C-overschot van 0,92% tot 0,99% van de koolstof waaruit het bestaat. Dit is extreem laag vergeleken met de sedimentaire organische stof op aarde, die ongeveer 1,04% bedraagt, en de atmosferische CO2 , ongeveer 1,07%, beide biologische overblijfselen, en niet vergelijkbaar met de organische stof in meteorieten, die ongeveer 1,05% bedraagt", legt Ueno uit.
Het vroege Mars had een atmosfeer die rijk was aan CO2 die beide 13 bevatten C en 12 C-isotopen. De onderzoekers simuleerden in laboratoriumexperimenten verschillende omstandigheden van de samenstelling en temperatuur van de atmosfeer van Mars. Ze ontdekten dat toen 12 CO2 wordt blootgesteld aan ultraviolet (UV) zonlicht, absorbeert het bij voorkeur UV-straling, wat leidt tot dissociatie in CO2, uitgeput in 13 C, waarbij CO2 achterblijft verrijkt met 13 C.
Deze isotopische fractionering (scheiding van isotopen) wordt ook waargenomen in de bovenste atmosferen van Mars en de aarde, waar UV-straling van de zon CO2 veroorzaakt. om te dissociëren in CO met uitgeputte 13 C-inhoud. In een reducerende atmosfeer op Mars wordt CO omgezet in eenvoudige organische verbindingen zoals formaldehyde en carbonzuren.
Tijdens het vroege Marstijdperk, met oppervlaktetemperaturen dicht bij het vriespunt van water en niet hoger dan 300 K (27°C), zijn deze verbindingen mogelijk opgelost in water en bezonken in sedimenten.
Met modelberekeningen ontdekten de onderzoekers dat in een atmosfeer met een CO2 tot CO-verhouding van 90:10, een conversie van 20% CO2 aan CO zou leiden tot sedimentair organisch materiaal met δ 13 CVPDB waarden van -135‰. Ook de resterende CO2 zou worden verrijkt in 13 C met δ 13 CVPDB waarden van +20‰. Deze waarden komen nauw overeen met die in sedimenten die zijn geanalyseerd door de Curiosity-rover en geschat op basis van een meteoriet op Mars. Deze bevinding wijst erop dat een atmosferisch proces in plaats van een biologisch proces de belangrijkste bron is van de vorming van organisch materiaal op de vroege Mars.
"Als de schatting in dit onderzoek klopt, kan er een onverwachte hoeveelheid organisch materiaal aanwezig zijn in de sedimenten van Mars. Dit suggereert dat toekomstige verkenningen van Mars grote hoeveelheden organisch materiaal aan het licht kunnen brengen", zegt Ueno.