قد يكون الأصل عبارة عن غاز الميثان المتشكل بيولوجيًا

ناسامركبة Curiosity تصل إلى الأرض يوم الثلاثاء في 6 أغسطس 2012 ، تجول جيل كريتر وأخذ عينات وأرسلها إلى المنزل للباحثين ليقوموا بترجمتها. يوفر تحليل نظائر الكربون في عينات الرواسب المأخوذة من ستة مواقع مكشوفة ، بما في ذلك الجرف المكشوف ، للباحثين ثلاثة تفسيرات معقولة لأصل الكربون – الغبار الكوني ، أو الانحلال فوق البنفسجي لثاني أكسيد الكربون ، أو غاز الميثان القابل للتحلل البيولوجي المنتج بيولوجيًا.

يشير الباحثون اليوم (17 يناير 2022) عمليات الأكاديمية الوطنية للعلوم “كل هذه السيناريوهات الثلاثة غير عادية ، على عكس العمليات الشائعة على الأرض.”

يحتوي الكربون على نظيرين مستقرين ، 12 و 13. بالنظر إلى حجم كل واحد في جسم ما ، يمكن للباحثين تحديد خصائص دورة الكربون ، حتى لو حدث ذلك منذ وقت طويل جدًا.

قال كريستوفر شميت ، أستاذ الجيولوجيا في ولاية بنسلفانيا: “إن كمية الكربون 12 والكربون 13 في نظامنا الشمسي هي نفسها عندما تشكل النظام الشمسي”. قال البيت. “كلاهما موجود في كل شيء ، لكن الكربون 12 يتفاعل بشكل أسرع من الكربون 13 ، والذي يمكن أن يكشف عن دورة الكربون من خلال النظر في المقادير النسبية لكل عينة.”

تُظهِر الصورة حفرة الحفر المرتفعة في سلسلة جبال فيرا روبن. أظهر مسحوق الحفر من هذا الثقب قيمًا لنظائر الكربون ، والتي تشير إلى دورة الكربون ، بما في ذلك الحياة السطحية ، والأشعة فوق البنفسجية الشديدة التي تخترق الغلاف الجوي ، أو غبار المجرة. تم التقاط الصورة باستخدام مصور عدسة اليد للمريخ في Sol 2247. الائتمان: NASA / Caltech-JPL / MSSS

أمضت كيوريوسيتي ، التي يقع مقرها الرئيسي في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا في جنوب كاليفورنيا ، السنوات التسع الماضية في استكشاف جزء من وادي غيل ، الذي كشف عن طبقات من الصخور القديمة. قامت العربة الجوالة بحفر سطح هذه الطبقات واسترجاع عينات من طبقات الرواسب المدفونة. قام الفضول بتسخين العينات في حالة عدم وجود الأكسجين ، وفصل أي مواد كيميائية. أظهر التحليل الطيفي لجزء من الكربون المختزل الناتج عن هذا الانحلال الحراري نطاقًا واسعًا من مستويات الكربون 12 و 13 ، اعتمادًا على مكان أو وقت تكوين العينة الأصلية. تم اختزال بعض الكربون بشكل استثنائي إلى الكربون 13 ، بينما تم إثراء عينات الكربون الأخرى.

وقال هاوس: “العينات المستنفدة من الكربون 13 مماثلة لتلك المأخوذة من رواسب عمرها 2.7 مليار سنة في أستراليا”. “هذه الأنماط كانت ناتجة عن عمليات بيولوجية عندما كانت الميكروبات القديمة تستهلك الميثان ، لكن على المريخ لا يمكننا القول بالضرورة لأنه كوكب مكون من مواد وعمليات مختلفة عن الأرض.”

لشرح العينات المختزلة بشكل استثنائي ، اقترح الباحثون ثلاثة احتمالات – سحابة الغبار الكونية ، أو الأشعة فوق البنفسجية التي تكسر ثاني أكسيد الكربون ، أو تحلل الميثان للأشعة فوق البنفسجية المتولد بيولوجيًا.

وفقًا للدار ، يمر النظام الشمسي عبر سحابة جزيئية مجرية كل مائتي مليون سنة.

قال هاوس: “إنه لا يضع الكثير من الغبار في الداخل”. “من الصعب رؤية أي من أحداث الترسب هذه في سجل الأرض.”

لإنشاء طبقة يمكنها نمذجة كيوريوسيتي ، فإن سحابة غبار المجرة ستخفض أولاً درجة الحرارة على المريخ ، والتي ستظل تحتوي على الماء وتشكل أنهارًا جليدية. سوف يترسب الغبار فوق الجليد ويجب أن يظل في مكانه بمجرد ذوبان النهر الجليدي ، تاركًا طبقة قذرة تحتوي على الكربون.

حتى الآن ، هناك أدلة محدودة على وجود أنهار جليدية سابقة في Gale Crater على المريخ. وبحسب الباحثين فإن “هذا التفسير معقول ، لكنه يتطلب المزيد من البحث”.

التفسير الثاني المحتمل لانخفاض مستويات الكربون 13 هو تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مركبات عضوية مثل الفورمالديهايد.

قال هاوس: “هناك وثائق تتنبأ بأن الأشعة فوق البنفسجية قد تسبب هذا النوع من الكسر”. “ومع ذلك ، هناك حاجة لنتائج اختبار إضافية توضح مساحة هذا الحجم ، لذلك قد نستبعد هذا التفسير أو نرفضه.”

الطريقة الثالثة الممكنة لصنع نماذج مخفضة للكربون 13 تعتمد على أساس بيولوجي.

على الأرض ، فإن توقيع الكربون 13 الذي تم اختزاله بشدة من السطح القديم يمثل ميكروبات الماضي التي تستهلك الميثان الذي تنتجه الميكروبات. قد يكون المريخ القديم قد أطلق كميات كبيرة من الميثان من القاع ، وهو أمر ملائم مع إمكانية إنتاج الميثان. بعد ذلك ، تستهلك الميكروبات السطحية الميثان المنطلق أو توضع مباشرة على السطح بالتفاعل مع الضوء فوق البنفسجي.

ومع ذلك ، وفقًا للباحثين ، لا يوجد حاليًا دليل على تساقط الكائنات الحية الدقيقة السطحية على السطح يوم الثلاثاء الماضي ، لذلك اعتمد الوصف البيولوجي الوارد في الورقة على الأشعة فوق البنفسجية لوضع إشارة الكربون 13 على الأرض.

وقال هاوس: “تشير هذه الاحتمالات الثلاثة إلى دورة كربون غير عادية تختلف عن أي شيء على الأرض اليوم”. “لكننا نحتاج إلى مزيد من البيانات لمعرفة أي من هذه هو التفسير الصحيح. سيكون من الجيد أن تتمكن المركبة الجوالة من اكتشاف ازدهار كبير للميثان وقياس نظائر الكربون منه ، ولكن عندما يكون هناك ازدهار لغاز الميثان ، يكون معظمها صغيرًا ولا يوجد به عربة جوالة أخذ عينة كبيرة بما يكفي لقياس النظائر.

كما أشار البيت إلى أنه يمكن توضيح الأمور قليلاً من خلال تتبع بقايا الحصائر الميكروبية أو رواسب الأنهار الجليدية.

قال هاوس: “نحن حذرون في تفسيرنا ، وهو درس عظيم عند دراسة عالم آخر”.

لا يزال الفضول يجمع العينات ويحللها ، وفي غضون شهر سيعود إلى النبتة حيث تم العثور على بعض العينات في هذه الدراسة.

قال هاوس: “هذا البحث يحقق الهدف طويل المدى لاستكشاف المريخ”. “لقياس نظائر الكربون المختلفة – أحد أهم الأدوات الجيولوجية – من رواسب عالم آخر صالح للسكن ، فإنه يقوم بذلك بعد 9 سنوات من البحث.”

ملحوظة: “تم العثور على مركبات نظيرية كربون غيل أكبر على سطح المريخ” 17 كانون الثاني (يناير) 2022 ، عمليات الأكاديمية الوطنية للعلوم.

غريغوري م ، مرشح دكتوراه حديث في علوم الأرض. عمل Wong أيضًا في مشروع Peng State.

المشاركون الآخرون في البحث ، في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا: كريستوفر ر. ويبستر ، زميل وكبير علماء الأبحاث ؛ جريجوري جيه فليش ، مهندس برمجيات التطبيقات العلمية ؛ وأمي إي. هوفمان ، عالم أبحاث. في قسم أبحاث النظام الشمسي ، مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا: هيذر ب. فرنسا ، عالم أبحاث ؛ جينيفر سي. ستيرن ، باحث مساعد ؛ أليكس بافلوف ، رائد فضاء ؛ جينيفر ل. إيجنفروت ، مساعد باحث ؛ دانيال ب. كلاوين ، المدير المساعد للعلوم الاستراتيجية ؛ تشارلز أ. Malespin ، رئيس مختبر بيئة الكواكب ؛ وبول ر. محافي ، مدير متقاعد ، قسم أبحاث النظام الشمسي ؛ في جامعة ميشيغان: Sushil K. أتريا ، أستاذ علوم وهندسة المناخ والفضاء ومدير مختبر علوم الكواكب ؛ في معهد كارنيجي للعلوم: أندرو ستيل ، عالم ؛ وجامعة جورج تاون ومركز جودارد للطيران الفضائي التابع لناسا: ماييفا ميلان ، زميل ما بعد الدكتوراه.

تم دعم المشروع من قبل وكالة ناسا.