Matowe równiny południowe wczesną wiosną. Źródło zdjęcia: MSSS / JPL / NASA Kliknij, aby powiększyć
Wykryte metan w marsjańskiej atmosferze rzucił naukowcom wyzwanie znalezienia źródła gazu, które zwykle kojarzy się z życiem na Ziemi. Jednym ze źródeł, które można wykluczyć, jest historia starożytna: metan może przetrwać zaledwie 600 lat w marsjańskiej atmosferze, zanim światło słoneczne go zniszczy.
Jeśli globalne stężenie metanu na Marsie wynosi 10 ppb, wówczas średnio 4 gramy metanu są niszczone co sekundę przez światło słoneczne. Oznacza to, że każdego roku należy wyprodukować około 126 ton metanu, aby zapewnić stałe stężenie 10 ppb.
Istnieje zewnętrzna szansa, że metan jest dostarczany na Marsa przez komety, asteroidy lub inne śmieci z kosmosu. Obliczenia pokazują, że mikrometeoryty prawdopodobnie dostarczą tylko 1 kilogram metanu rocznie - znacznie poniżej 126 ton ton zastępczych. Komety mogą dostarczyć ogromną ślimak metanu, ale przerwa między głównymi uderzeniami komety wynosi średnio 62 miliony lat, więc jest mało prawdopodobne, aby jakakolwiek kometa dostarczyła metan w ciągu ostatnich 600 lat.
Jeśli możemy wykluczyć dostawę metanu, wówczas metan musi być wytwarzany na Marsie. Ale czy biologia źródła lub procesy są niezwiązane z życiem?
Niewielki procent metanu na Ziemi powstaje w wyniku niebiologicznych („abiogennych”) interakcji między dwutlenkiem węgla, gorącą wodą i niektórymi skałami. Czy to może mieć miejsce na Marsie? Być może, mówi James Lyons z Instytutu Geofizyki i Fizyki Planetarnej na UCLA.
Reakcje te wymagają tylko skały, wody, węgla i ciepła, ale na Marsie, skąd pochodzi ciepło? Powierzchnia planety jest bardzo zimna, średnio minus 63 stopnie C. Wulkany mogą być źródłem ciepła. Geolodzy uważają, że ostatnia erupcja na Marsie miała miejsce co najmniej 1 milion lat temu - na tyle niedawno, że sugeruje, że Mars jest nadal aktywny, a zatem gorący głęboko pod powierzchnią.
Strużka metanu uśredniająca 4 gramy na sekundę może pochodzić z takiego geologicznego punktu zapalnego. Jednak każde gorące miejsce na Marsie musi być głębokie i dobrze izolowane od powierzchni, ponieważ system obrazowania emisji cieplnej na Marsie Odyssey nie znalazł miejsc, w których temperatura jest co najmniej o 15 ° C wyższa niż otoczenia. Jednak Lyons uważa, że nadal jest możliwe, że głęboka magma może dostarczać ciepło.
W jednym komputerowym modelu uproszczonej geologii marsjańskiej ciało chłodzące o magmie głębokości 10 kilometrów, szerokości 1 kilometra i długości 10 kilometrów stworzyło temperaturę od 375 do 450 stopni C, która napędza abiogenne wytwarzanie metanu na grzbietach oceanu środkowego na Ziemi. Takie ciało z gorących skał, mówi Lyons, „jest całkowicie rozsądne, nie ma w tym nic dziwnego”, ponieważ Mars prawdopodobnie zatrzymuje ciepło z formacji planetarnej, podobnie jak Ziemia.
„Zachęca nas do myślenia, że jest to prawdopodobny scenariusz wyjaśniania metanu na Marsie i nie zobaczylibyśmy podpisu tej grobli (bryły gorącej skały) na powierzchni” - mówi Lyons. „Pod tym kątem dążymy; jest to najprostsze i najbardziej bezpośrednie wyjaśnienie wykrytego metanu ”.
Chociaż nikt nie może wykluczyć abiogennych źródeł metanu na Marsie, kiedy znajdziesz metan na Ziemi, zwykle widzisz pracę metanogenów, starożytnych beztlenowych mikrobów, które przetwarzają węgiel i wodór w metan. Czy metanogeny mogą żyć na Marsie?
Aby się tego dowiedzieć, Timothy Kral, profesor nauk biologicznych na University of Arkansas, zaczął hodować pięć rodzajów metanogenów 12 lat temu w glebie wulkanicznej wybranej do symulacji gleby marsjańskiej. Pokazał teraz, że metanogeny mogą przetrwać latami na ziarnistej glebie o niskiej zawartości składników odżywczych, chociaż gdy rosną w warunkach podobnych do Marsa, przy zaledwie 2 procentach ciśnienia atmosferycznego Ziemi, stają się wysuszone i po kilku tygodniach stają się uśpione.
„Gleba ma tendencję do wysychania, a my byliśmy w stanie znaleźć żywe komórki; wciąż żyją, ale nie produkują już metanu - mówi Kral.
Metanogeny potrzebują stałego źródła dwutlenku węgla i wodoru. Podczas gdy dwutlenek węgla występuje na Marsie, „wodór jest znakiem zapytania”, mówi Kral.
Vladimir Krasnopolsky, profesor badawczy na Catholic University of America w Waszyngtonie, wykrył 15 części na milion wodoru molekularnego w atmosferze Marsa. Możliwe, że wodór ucieka z głębokiego źródła w marsjańskim wnętrzu, z którego mogłyby korzystać metanogeny.
Jeśli metanogeny znajdują się głęboko w Marsie, wytwarzany przez nich gaz metanowy powoli unosiłby się w kierunku powierzchni. W końcu mógłby osiągnąć warunki ciśnienia i temperatury, w których uwięziłby się w kryształach lodu, tworząc hydrat metanu.
„Gdyby istniała biosfera pod powierzchnią, hydrat metanu byłby nieuniknioną konsekwencją, gdyby rzeczy zachowywały się tak, jak na Ziemi”, mówi Stephen Clifford z Lunar and Planetary Institute w Houston w Teksasie.
I jest dodatkowa korzyść, dodaje Clifford. Hydrat metanu „byłby kocem izolacyjnym, który znacznie zmniejszyłby grubość zamarzniętej ziemi na Marsie, z kilku kilometrów na równiku, do może mniej niż kilometra”. Innymi słowy, hydrat metanu zarówno przechowywałby dowody życia, jak i izolowałby wszelkie życie, które pozostało, przed bardzo niskimi temperaturami powierzchni.
Chociaż nie istnieją dane o warunkach około kilometra poniżej powierzchni Marsa, rosnący obraz złożoności, wielkości i zdolności adaptacyjnych podziemnej biosfery Ziemi z pewnością zwiększa szansę na istnienie życia w porównywalnych warunkach na Marsie. Podziemna biosfera ziemska składa się głównie z drobnoustrojów, z których niektóre żyją w głębinach, ciśnieniach i warunkach chemicznych, które kiedyś uważano za niegościnne dla życia.
Głęboko w Marsie może być trudnym miejscem do życia, ale metanogeny nie są mięczakami, mówi Kral. „Są wytrzymałe, trwałe. Fakt, że istnieli prawdopodobnie od początku życia na Ziemi i nadal są dominującą formą życia pod powierzchnią i głęboko w oceanach, oznacza, że przeżyli, mają się bardzo dobrze. ”
Oryginalne źródło: NASA Astrobiology
