Три нетрадиционных сценария осаждения углерода на поверхности древнего Марса

Изотопный анализ углерода является одним из наиболее распространенных геохимических подходов, поскольку фракционирование изотопов углерода создает естественный индикатор биологических и химических процессов. Изотопный анализ углерода осадочных пород на Марсе может выявить режимы круговорота углерода на древнем Марсе.

По данным, полученным с помощью оборудования для пробоотбора в марсоходе, в образцах из нескольких мест в кратере Гейла выделялся метан с высоко фракционированными изотопами углерода. Ученые предложили три пути, по которым высоко фракционированный углерод мог бы осаждаться на Марсе, и каждый из них предполагает, что круговорот углерода на Марсе совершенно отличается от круговорота углерода на нынешней Земле. Все три из этих сценариев являются нетрадиционными, в отличие от процессов, распространенных на Земле.

1. Фотолиз биологического метана, выделяющегося из недр планеты, или марсианская метанотрофия.

Данная гипотеза была предложена в качестве возможного метаболизма для недавнего и древнего Марса. Это объяснение также потенциально могло бы объяснить наблюдение восстановленной серы во многих образцах, где наблюдалось окисление морского метана, связанное с восстановлением сульфатов. Если сильно обедненный углерод ¹³С и восстановленная сера действительно обнаруживаются вместе на палеоповерхности, совместное появление может быть результатом совместного производства микробной биомассы, обедненной ¹³С, и сульфидов во время микробного анаэробного окисления метана на основе сульфата в качестве акцептора электронов. В этом контексте, либо осаждение углерода должно было произойти до потери значительного количества углерода из атмосферы Марса, либо должны быть CO₂ резервуары в недрах Марса, которые были изолированы от атмосферы.

2. Фоторедукция атмосферного CO₂.

Растет признание возможного абиотического производства органического углерода на Марсе путем электрохимического восстановления или фотохимического восстановления. В обоих случаях CO₂ будет превращен в органический материал абиотически и, следовательно, может привести к обеднению ¹³С органическим материалом, связанным с палеоповерхностью. Для электрохимического восстановления сульфиды являются одним из различных восстановленных минералов, которые управляют реакциями фиксации углерода. Аналогичным образом, сульфиды являются возможными минеральными катализаторами, которые могут способствовать фотохимическому восстановлению CO₂.

3. Осаждение космической пыли при прохождении через галактическое молекулярное облако.

Солнечная система проходит через гигантское молекулярное облако среднего размера раз в 100 миллионов лет, обеспечивая механизм для запуска событий охлаждения на планетах земной группы за счет притока частиц в атмосферу планет, который существенно выше (в 20-100 раз), чем постоянный поток межпланетной пыли Солнечная система, проходящая через плотное молекулярное облако, неизбежно также приведет к притоку углеродистых частиц, обедненных ¹³С, поскольку около 1% таких межзвездных облаков — пыль. В таком случае частицы будут накапливаться на поверхности ледникового льда, в котором в значительной степени отсутствует типичный осадочный углерод. Таяние ледников во время ледникового периода и отступление льда после него должны оставить частицы межзвездной пыли на ледниковой геоморфологической поверхности.

Обладая современными знаниями, будет трудно определить, какой из трех сценариев наиболее точно отражает события, развернувшиеся на Марсе миллиарды лет назад.