Kiedy łaziki marsjańskie NASA odkryły tlenki manganu w skałach w kraterach Gale i Endeavour na Marsie w 2014 roku, odkrycie to skłoniło niektórych naukowców do zasugerowania, że miliardy lat temu czerwona planeta mogła mieć więcej tlenu w atmosferze.
Naukowcy stwierdzili, że minerały prawdopodobnie wymagały dużej ilości wody i warunków silnie utleniających. Wykorzystując wnioski wyciągnięte z danych geologicznych Ziemi, naukowcy doszli do wniosku, że obecność tlenków manganu wskazuje, że Mars doświadczał w przeszłości okresowych wzrostów zawartości tlenu w atmosferze – zanim spadł do obecnych niskich poziomów.
Ale nowe badanie eksperymentalne z Washington University w St. Louis obala ten pogląd.
Naukowcy odkryli, że w warunkach panujących na Marsie tlenki manganu mogą powstawać bez tlenu atmosferycznego. Korzystając z modelowania kinetycznego, naukowcy wykazali również, że utlenianie manganu nie jest możliwe w atmosferze bogatej w dwutlenek węgla, której można się spodziewać na starożytnym Marsie.
„Związek między tlenkami manganu a tlenem cierpi z powodu szeregu fundamentalnych problemów geochemicznych” – powiedział Jeffrey Catalano, profesor nauk o Ziemi i planetach w Arts & Sciences oraz autor korespondent badania opublikowanego 22 grudnia w Nature Geoscience. Catalano jest wykładowcą McDonnell Center for the Space Sciences.
Pierwszym autorem badania jest Kaushik Mitra, obecnie pracownik naukowy ze stopniem doktora na Uniwersytecie Stony Brook, który ukończył tę pracę w ramach swoich badań podyplomowych na Uniwersytecie Waszyngtońskim.
Mars jest planetą bogatą w pierwiastki halogenowe chlor i brom w porównaniu z Ziemią. „Halogeny występują na Marsie w formach innych niż na Ziemi oraz w znacznie większych ilościach i przypuszczaliśmy, że będą one ważne dla losu manganu” – powiedział Catalano.
Catalano i Mitra przeprowadzili eksperymenty laboratoryjne z użyciem chloranu i bromianu – dominujących form tych pierwiastków na Marsie – w celu utlenienia manganu w próbkach wody, które wykonali w celu odtworzenia płynów na powierzchni Marsa w starożytności.
„Zainspirowały nas reakcje obserwowane podczas chlorowania wody pitnej” – powiedział Catalano. „Zrozumienie innych planet czasami wymaga od nas zastosowania wiedzy zdobytej z pozornie niezwiązanych ze sobą dziedzin nauki i inżynierii”.
Naukowcy odkryli, że halogeny przekształcają mangan rozpuszczony w wodzie w minerały tlenku manganu tysiące do milionów razy szybciej niż tlen. Co więcej, w słabo kwaśnych warunkach, które zdaniem naukowców występowały na powierzchni wczesnego Marsa, bromian wytwarza minerały tlenku manganu szybciej niż jakikolwiek inny dostępny utleniacz. W wielu z tych warunków tlen jest całkowicie niezdolny do tworzenia tlenków manganu.
„Utlenianie z definicji nie wymaga udziału tlenu” – powiedział Mitra. „Wcześniej proponowaliśmy możliwe do życia utleniacze na Marsie, inne niż tlen lub fotoutlenianie UV, które pomagają wyjaśnić, dlaczego czerwona planeta jest czerwona. W przypadku manganu po prostu nie mieliśmy realnej alternatywy dla tlenu, która mogłaby wyjaśnić tlenki manganu do czasu Teraz.”
Nowe wyniki zmieniają fundamentalne interpretacje możliwości zamieszkania na wczesnym Marsie, co jest ważnym motorem bieżących badań prowadzonych przez NASA i Europejską Agencję Kosmiczną.
Ale tylko dlatego, że w przeszłości prawdopodobnie nie było tlenu atmosferycznego, nie ma szczególnego powodu, by sądzić, że nie było życia, twierdzą naukowcy.
„Istnieje kilka form życia nawet na Ziemi, które nie potrzebują tlenu do przeżycia” – powiedział Mitra. „Nie myślę o tym jako o„ niepowodzeniu ”w zamieszkiwaniu – tylko o tym, że prawdopodobnie nie było form życia opartych na tlenie”.
Organizmy ekstremofilne, które mogą przetrwać w środowisku bogatym w halogeny – takie jak kochające sól organizmy jednokomórkowe i bakterie, które rozwijają się w Wielkim Jeziorze Słonym i Morzu Martwym na Ziemi – mogą również dobrze sobie radzić na Marsie.
„Potrzebujemy więcej eksperymentów przeprowadzonych w różnych warunkach geochemicznych, które są bardziej odpowiednie dla określonych planet, takich jak Mars, Wenus i „światy oceaniczne”, takie jak Europa i Enceladus, aby uzyskać prawidłowe i pełne zrozumienie środowisk geochemicznych i geologicznych na tych ciałach planetarnych – powiedział Mitra. „Każda planeta jest na swój sposób wyjątkowa i nie możemy ekstrapolować obserwacji dokonanych na jednej planecie, aby dokładnie zrozumieć inną planetę”.