Źródło zdjęcia: ESA
Astrobiology Magazine (AM): Pierwsza seria zdjęć z Meridiani Planum, przedstawiająca drobno warstwową skałę podstawową, wzbudziła podekscytowanie naukowców. Jakie są twoje pierwsze wrażenia?
Andrew Knoll (AK): Od kilku lat wiemy z danych orbitalnych, że na Marsie znajdują się skały warstwowe, ale Opportunity daje nam pierwszą szansę, aby faktycznie iść i pracować bezpośrednio nad niektórymi z tych skał w odkrywce. Dla geologów nie można przecenić tego znaczenia.
Fakt, że są one w pewnym sensie tabelaryczne, sugeruje, że są to albo dość cienkie złoża wulkaniczne, albo osady. A perspektywa posiadania na Marsie skał osadowych in situ, które możemy wznieść i przesłuchać, jest moim zdaniem najlepszym scenariuszem.
JESTEM: Co jeśli okażą się one złożami popiołu wulkanicznego? Czy będzie to mniej interesujący scenariusz?
AK: Ani trochę. Myślę, że jednym z głównych pytań jest: jakie są dominujące procesy, które doprowadziły do powstania warstwowych skał na Marsie? Nie ma powodu sądzić, że każda warstwowa skała na Marsie uformowała się w taki sam sposób, jak ta, przed którą siedzi Opportunity. Ale wiedzieć, jak powstanie jedna z tych warstwowych skał, będzie krokiem we właściwym kierunku.
Wkrótce dowiemy się również, czy sygnał hematytu w Meridiani, który został wykryty z orbity, znajduje się w tych skałach. Pamiętaj, że powodem, dla którego jesteśmy w Meridiani Planum, jest ten silny sygnał dla określonej formy tlenku żelaza zwanej hematytem. Bardzo trudno jest myśleć o wytwarzaniu hematytu bez interakcji wody i skał ze skałami. Nawet jeśli jest to skała wulkaniczna, pomoże ograniczyć nasze myślenie o jednej z najciekawszych anomalii chemicznych na naszej planecie.
JESTEM: W Hiszpanii jest rzeka Rio Tinto, gdzie spędziłeś trochę czasu na badaniach. Zasugerowałeś, że sposób, w jaki minerały żelaza w Rio Tinto ulegały degradacji i przekształceniu w czasie, mogą rzucić nieco światła na sposób powstawania hematytu w Meridiani. Czy możesz wyjaśnić połączenie?
AK: Zacznę od początku. Rodzaje myślenia, które wprowadzamy do interpretacji żelaza na Marsie, będzie oparte na naszych doświadczeniach z utlenionym żelazem na powierzchni Ziemi. Istnieje wiele sposobów powstawania złóż żelaza na naszej planecie. Być może żaden z nich nie będzie dokładnym analogiem do tego, co wydarzyło się na Marsie. Ale każdy z nich może dostarczyć ciekawostek, które pomogą nam myśleć o Marsie.
Teraz Rio Tinto jest bardzo interesującym miejscem. Jest w południowo-zachodniej Hiszpanii, około godziny na zachód od Sewilli, może kolejna godzina na wschód od granicy z Portugalią. Rio Tinto jest w rzeczywistości przedmiotem zainteresowania ludzi w Ameryce, odkąd Kolumb wypłynął w 1492 z portu u ujścia Rio Tinto. Ale jest także przedmiotem zainteresowania geologów górniczych, ponieważ była kopalnią przynajmniej od czasów Rzymian.
Wydobywana jest ruda żelaza. Około 400 milionów lat temu procesy hydrotermalne utworzyły te złoża rudy żelaza. Przeważnie żelazo ma postać siarczku żelaza lub złota głupca. To bardzo bogata ruda. Gdy woda deszczowa przepływa przez te złoża, utlenia piryt i zdarzają się dwie rzeczy. Po pierwsze, tworzy kwas siarkowy. Zatem woda w rzece ma pH około 1; jest bardzo kwaśny. Po drugie, żelazo ulega utlenieniu. Woda ma więc kolor rubinów, ponieważ żelazo jest przenoszone.
Co ciekawe, jeśli spojrzeć na złoża, które powstają dzisiaj z Rio Tinto, większość żelaza wychodzi jako minerały siarczanu żelaza, to znaczy połączenie żelaza, siarki i tlenu; i trochę tego wychodzi jako minerał zwany goetytem, który jest żelazem zmieszanym z tlenem i odrobiną wodoru. Goetyt jest w zasadzie rdzą.
Nie to widzisz w Meridiani na Marsie. Ale co ciekawe w złożu Rio Tinto, proces ten odbywa się od co najmniej 2 milionów lat. I istnieje szereg tarasów, które dają nam wyobrażenie o tym, co dzieje się z tymi złożami w czasie.
Odkryliśmy, że po zaledwie kilku tysiącach lat wszystkie minerały siarczanowe zniknęły, a całe żelazo znajduje się w materiale zwanym goetytem. Ale gdy wchodzisz na starsze i starsze tarasy, zanim dotrzesz do tarasów, które mają 2 miliony lat, znaczna część tego getitu została zastąpiona hematytem, minerałem na Marsie. I jest to dość gruboziarnisty hematyt, który jest również tym, co widzimy na Marsie.
Pierwszą rzeczą, której dowiadujemy się w Rio Tinto, jest to, że nie trzeba myśleć tylko o procesach odkładania gruboziarnistego hematytu od samego początku. Może powstawać podczas, co geolodzy nazywają diagenezą. Oznacza to, że może powstać w wyniku procesów, które wpływają na skały w czasie, i może to robić w niskich temperaturach, bez głębokiego zakopania i poddania się wysokiemu ciśnieniu. W tym sensie Rio Tinto pokazuje nam inny sposób, w jaki mógł dostać się hematyt z Meridiani. Rozszerza rozważane opcje.
JESTEM: Kiedy geolodzy mówią takie rzeczy jak „niska temperatura”, często mają na myśli coś innego niż reszta z nas.
AK: Kiedy mówię „niska temperatura”, mówię o temperaturach, które odczuwamy na co dzień, o temperaturze pokojowej. Sądzę, że większość wód podziemnych Rio Tinto ma temperaturę między 20 a 30 stopni Celsjusza, może 70 do 80 stopni Farenheita.
JESTEM: Czy tekstura skały zmienia się w czasie, gdy minerał przechodzi proces diagenezy?
AK: Tak. Co ciekawe, chociaż faktura na poziomie tego, co mikroskopijny aparat obrazujący może zdecydowanie zmienić w historii diagenetycznej, cechy osadzania na większą skalę, które można zobaczyć, patrząc z bliska na odsłonięcie za pomocą Pancam, wydają się być trwałe. Tak więc, chociaż skała przechodzi te zmiany, zachowuje osadowe ślady swojej formacji, co jest ekscytujące. To jest ważne.
AB: Mówisz, że w Rio Tinto możesz zobaczyć plasterek o długości 2 milionów lat, który pokazuje proces diagenetyczny w czasie. Ale odkrycia, które Opportunity widział w Meridiani, mogą mieć 2 miliardy lat. Czy po tak długim czasie zachowaliby jakieś przydatne informacje?
AK: Oto dobra wiadomość na temat geologii: w szczególności w przypadku skał osadowych większość zmian, na jakie przechodzi skała, przechodzi bardzo wcześnie w swojej historii. O ile kamień nie zostanie poddany metamorfizmowi, zakopany i poddany wysokim ciśnieniom i temperaturom, w ciągu co najwyżej kilku milionów lat od jego powstania ustabilizuje się w formę, którą zachowa na czas nieokreślony.
Pracuję w codziennej pracy na skałach Prekambryjskich na tej planecie. I mogę zagwarantować, że kiedy spojrzę na skałę osadową, która ma miliard lat, większość zmian, które przeszła ta skała, nastąpiła w ciągu pierwszych 200 tysięcy lat jej życia. A potem stabilizuje się i tylko czeka na geologa.
JESTEM: I nie mamy powodu, aby sądzić, że fizyka zachowuje się inaczej na Marsie?
AK: Właśnie po to idziemy. Powiedziałem to wcześniej w odniesieniu do astrobiologii: kiedy szukasz życia poza naszą planetą, nie masz pewności, że biologia gdzie indziej będzie taka sama jak tutaj. Ale masz całkiem niezłą pewność, że fizyka i chemia będą takie same.
JESTEM: To, co sprawia, że Meridiani jest interesujące, polega na tym, że nie przypomina on żadnego innego miejsca na Marsie. Nawet jeśli potrafisz zrozumieć historię Meridiani, w jakim stopniu będziesz w stanie uogólnić tę wiedzę na Marsa jako całości?
AK: Myślę, że z pewnością ograniczy to sposób, w jaki myślimy o Marsie jako o całej planecie. Może być tak, że pod względem ogólnej sygnatury chemicznej i skalnej Marsa Gusiew okaże się lepszą powierzchnią Marsa, która jest standardem. Oznacza to, że większość Marsa - w rzeczywistości prawie cały Mars - jest pokryta bazaltem, a następnie pokryta drobnym pyłem. I to właśnie widzimy w Gusiewie.
Okazuje się, że jeśli usuniesz sygnał hematytu z podpisów materiałów powierzchniowych w Meridiani, które otrzymaliśmy z orbity, będzie to również głównie bazalt. Więc to nie jest całkowicie anomalna część planety. Wydaje się, że jest to reprezentatywna część planety w sercu, z tym wyjątkowym sygnałem hematytowym.
Jedną z cech złoża żelaza Meridiani jest to, że chociaż jest lokalny w odniesieniu do całej planety, jest geograficznie rozpowszechniony, ponieważ masz tysiące kilometrów kwadratowych, które dają ten podpis.
Wiele osób uważa, że procesy hydrotermalne i procesy w wodach gruntowych dadzą tylko niewielkie lokalne sygnały żelaza, ale w rzeczywistości warstwy bogate w hematyt w złożu Rio Tinto zajmują kilka tysięcy kilometrów kwadratowych. Ponieważ te wody gruntowe rozprzestrzeniają się warstwowo na dużym obszarze.
Tak więc złoża żelaza Rio Tinto robią kilka rzeczy, o których powinniśmy pamiętać w Meridiani. Łączą starożytne procesy hydrotermalne i młodsze procesy niskotemperaturowe; potrzebują wody; mogą tworzyć warstwy; i mogą być szeroko rozpowszechnione.
Nie są jedynym zestawem procesów, który mógłby to zrobić, w jakikolwiek sposób. Nie jestem szczególnie uprzedzony na korzyść Rio Tinto jako lepszego analogu do Meridiani niż cokolwiek innego. Po prostu myślę, że kiedy będziemy wchodzić w to badanie, musimy przynajmniej przechowywać w naszej pamięci tak wiele różnych produktów i procesów dotyczących żelaza, jak to tylko możliwe.
Wszystkie różne ustawienia osadzania żelaza i procesy osadzania żelaza, które widzimy na tej planecie, niosą chemiczne i teksturalne sygnały, które Okazja może wykryć na Meridiani. Możemy użyć tych porównań, aby pomóc nam dowiedzieć się, jak powstał hematyt Meridiani.
JESTEM: Jednym z intrygujących aspektów Rio Tinto jako miejsca badań jest to, że chociaż woda w rzece jest bardzo kwaśna, żyją w niej bakterie. Kiedy patrzysz na starożytne złoża hematytów w tym regionie, czy widzisz bakterie kopalne?
AK: Tak W rzeczywistości jedną z rzeczy, które przyciągnęły mnie do pracy z moimi hiszpańskimi kolegami, nie było to, że jest to dzisiaj dziwne środowisko. Choć dzisiaj interesuje mnie życie na obrzeżach środowiska, większość życia - i to, czego można dziś dowiedzieć się o biologii - pochodzi od zwykłych organizmów żyjących w zwykłych okolicznościach. To jest 99 procent różnorodności życia.
Z drugiej strony w Rio Tinto można zadać świetne pytanie. Widzimy procesy, które utworzyły dziś złoża żelaza Rio Tinto; widzimy procesy chemiczne; możemy zobaczyć, czym jest biologia w środowisku. Ale prawdziwe pytanie, o którym należy pamiętać, myśląc o Meridiani, brzmi: co, jeśli w ogóle, sygnatury tej biologii faktycznie zostają zachowane w skałach stabilnych diagenetycznie?
Jednym z nich jest to. Jeśli miałeś szczęście mieć dostęp do mikroskopu - prawdopodobnie byłby to rozdzielczość przekraczająca to, czego można oczekiwać od mikroskopowego aparatu obrazującego - możesz zobaczyć pojedyncze drobnoustroje, które zostały pięknie zachowane. To pierwsza dobra wiadomość, że żelazo stabilizowane diagenetycznie może zachować mikroskopijne piętno biologii.
Lepszą wiadomością jest to, że istnieją dwie cechy biologii, które zostają zachowane w teksturach tych skał na poziomie gałki ocznej.
Jednym z nich jest to, że czasami powstają małe pęcherzyki z powodu wydzielania się gazu z metabolizmu. Niektóre z nich faktycznie pokryją się minerałami żelaza i można je zachować poprzez diagenezę. I jest to w zasadzie prawdą w przypadku większości skał osadowych, które znajdujemy w kolumnie geologicznej. Możesz uzyskać zachowane przestrzenie gazowe, a te przestrzenie gazowe są niezmiennie związane z biologiczną produkcją gazów.
JESTEM: Jak niezmiennie?
AK: Z naszego doświadczenia na Ziemi jest prawie 100 procent. Chciałbyś zapytać: jakie procesy inne niż biologia mogą powodować powstawanie gazów w osadach na planecie? To jest coś, na czym możesz eksperymentować. Nie wiem, czy ktokolwiek zadał sobie trud, aby zrobić to na tej planecie. Ponieważ, szczerze mówiąc, biologia jest tak wszechobecna, że i tak jest to główna gra w mieście. Ale można eksperymentować.
Inną rzeczą, o której czuję się jeszcze mocniej, jest to, że wiele razy, tam gdzie są populacje drobnoustrojów, tworzą one te piękne grupy włókien, które po prostu przeciągają się po powierzchni. Wyglądają prawie jak grzywa konia. Teraz wielką zaletą jest to, że kiedy minerały osadzają się w tych środowiskach, faktycznie zarodkują się na tych nitkach włókien, i otrzymujesz piękne tekstury osadowe, które znów wyglądają jak grzywa konia.
Możesz je zobaczyć w parku Yellowstone, zarówno w krzemionkowych, jak i węglanowych strunach. Jeśli wybierzesz się do miejsc takich jak Mammoth Springs, zobaczysz, że dzieje się to dzisiaj. A jeśli wejdziesz na zaplecze, możesz zobaczyć starożytne przykłady tego, piękne podpisy zachowane w skale.
W Rio Tinto widać żelazo osadzające się na tych włóknach; a na tarasach sprzed 2 milionów lat widać te nitkowate żelazne tekstury. I znowu nie znam żadnego innego procesu poza biologią, który mógłby je uformować. To naprawdę coś, na co nie możesz oderwać oczu, gdy patrzysz na wytrąconą skałę na Marsie.
JESTEM: I widziałeś to z Pancamem?
AK: Gdybyś wziął Pancam do Rio Tinto lub Yellowstone Park, wyskoczyłby na ciebie. Absolutnie.
JESTEM: Jeśli okaże się, że podłoże skalne w miejscu lądowania Opportunity składa się ze złóż osadowych, czy to oznacza, że kiedy osady te zostały ułożone, wokół nich musiała być płynna woda?
AK: Bardzo możliwe.
JESTEM: Więc gdyby były osadowe, a Pancam zobaczył jakąś teksturę, która na Ziemi wskazuje na biologię, czy to oznaczałoby, że Szansa zbliżyła się do znalezienia dowodów życia na Marsie?
AK: To są duże, jeśli, ale to byłby wielki dzień.
Cofnijmy się jeszcze raz, ponieważ dochodzi do trochę filozofii dotyczącej tego, jak naprawdę szukasz tych rzeczy. Kilka lat temu NASA rozpoczęła kampanię finansową, aby zasadniczo spróbować przewidzieć każdy sugestywnie biologiczny podpis, który można znaleźć podczas eksploracji innej planety, abyśmy nie widzieli, jak drapiemy się po głowach.
Ale faktem jest, że nie możesz przewidzieć niczego, co zobaczysz. Tak więc, moim zdaniem, bardziej realistycznym scenariuszem jest to, że dokonujesz eksploracji, a jeśli w trakcie tej eksploracji znajdziesz sygnał, który (a) nie jest łatwo wyjaśniony przez fizykę i chemię lub (b) przypomina sygnały które są ściśle związane z biologią na Ziemi, wtedy jesteście podekscytowani.
Gwarantuję ci, że 100 przedsiębiorczych naukowców pójdzie do laboratorium i zobaczy, jak mogą symulować to, co widzisz - bez użycia biologii. I myślę, że tak należy zrobić. W przypadku rzeczy, w których stawka jest tak wysoka, myślę, że należy być tak ostrożnym i trzeźwym, jak to tylko możliwe. Z pewnością oznacza to, że wiemy znacznie więcej na temat zdolności generowania procesów fizycznych i chemicznych do wszczepiania w skale podpisów chemicznych i teksturalnych, niż wiemy dzisiaj.
Bez astrobiologii nikt nie marnowałby czasu na robienie tych rzeczy, ponieważ na Ziemi wiemy, że przez większość historii planety istniała biologia. Biologia jest wszędzie. Biologia ma pierwszorzędne znaczenie w sygnałach, które wywierają na skały osadowe. Kto więc spędzi pięć lat jako młody naukowiec, próbując wygenerować sygnał metodami abiologicznymi ściśle związanymi z biologią? Jednak przełączasz się na Marsa i jest o wiele więcej powodów, aby robić takie rzeczy.
JESTEM: Gdyby jeden z łazików MER znalazł skałę, która wydawała się zawierać ślady biologii marsjańskiej, czy NASA chciałaby wrócić do tego miejsca i przynieść ją do domu?
AK: Ty stawiasz W zależności od tego, co znajdujemy w Meridiani - nie przesądzając o tym, co znajdujemy - może sprawić, że NASA zwróci się do NASA z bardziej zaawansowanym sprzętem i będzie bardzo ważnym miejscem zwrotu próbki; lub możemy to odpisać.
To jest cały powód tego rodzaju pracy przyrostowej. Właściwie podoba mi się cała architektura planu NASA, aby iść krok po kroku, robić każdy krok ostrożnie, a krok drugi opierać się na tym, czego nauczyłeś się w kroku pierwszym. To ma sens.
JESTEM: Zdaję sobie sprawę, że proszę cię o spekulację tutaj, ale jak myślisz, jakie są szanse, że Mars był kiedyś żywym światem?
AK: Naprawdę nie wiem. Ale wszystko, czego nauczyliśmy się w ciągu ostatnich kilku lat, sugeruje mi, że woda mogła być na Marsie raczej epizodyczna niż trwała. A to obniża prawdopodobieństwo biologii.
Jeśli woda jest obecna na powierzchni Marsa przez 100 lat co 10 milionów lat, nie jest to bardzo interesujące dla biologii. Jeśli jest obecny przez 10 milionów lat, to bardzo interesujące.
Z pewnością nie jest oczywiste, że dowiemy się, że Mars był planetą biologiczną. Połowa mojego mózgu próbuje wyrzucić procent i wiem, że to takie bezsensowne posunięcie - myślę, że po prostu tego nie zrobię.
Ale mogę powiedzieć, że jedna z najlepszych okazji, jakie będziemy mieli przez wiele lat, aby odpowiedzieć na to pytanie, znajduje się tutaj w złożach żelaza Meridiani.
Oryginalne źródło: Astrobiology Magazine
