美國宇航局的好奇號火星車目前正在探索火星上的蓋爾隕石坑，它提供了關(guān)于古代火星氣候是如何從潛在的適合生命生存的氣候(有證據(jù)表明火星表面存在廣泛的液態(tài)水)轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兯牟贿m合陸地生命生存的氣候的新細(xì)節(jié)。

盡管今天火星表面寒冷，不適合生命生存，但美國宇航局的火星探測器正在尋找線索，以確定在遙遠(yuǎn)的過去火星上是否有生命存在。研究人員利用好奇號上的儀器測量了蓋爾隕石坑中富含碳的礦物(碳酸鹽)的同位素組成，并對這顆紅色星球古代氣候的變化有了新的認(rèn)識。

“這些碳酸鹽的同位素值指向極端的蒸發(fā)量，表明這些碳酸鹽可能是在只能支持瞬態(tài)液態(tài)水的氣候中形成的，”馬里蘭州格林貝爾特美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的大衛(wèi)伯特說，他是一篇描述這項(xiàng)研究的論文的主要作者，發(fā)表在《美國國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上。

“我們的樣本與火星表面有生命(生物圈)的古代環(huán)境不一致，盡管這并不排除在這些碳酸鹽形成之前開始和結(jié)束的地下生物圈或地表生物圈的可能性?！?/p>

同位素是一種元素具有不同質(zhì)量的變體。隨著水的蒸發(fā)，輕的碳和氧更有可能逃逸到大氣中，而重的碳和氧則更多地被留下，積累成更高的豐度，在這種情況下，最終被合并到碳酸鹽巖中。

科學(xué)家們對碳酸鹽很感興趣，因?yàn)樗鼈儽蛔C明有能力作為氣候記錄。這些礦物質(zhì)可以保留它們形成的環(huán)境的特征，包括水的溫度和酸度，以及水和大氣的組成。

本文提出了在蓋爾發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽的兩種形成機(jī)制。在第一種情況下，碳酸鹽是通過蓋爾隕石坑內(nèi)一系列干濕循環(huán)形成的。在第二種情況下，碳酸鹽是在蓋爾環(huán)形山的寒冷、結(jié)冰(低溫)條件下，在非常咸的水中形成的。

“這些形成機(jī)制代表了兩種不同的氣候制度，可能會呈現(xiàn)不同的宜居情景，”該論文的合著者、美國宇航局戈達(dá)德的詹妮弗·斯特恩(Jennifer Stern)說?！案蓾裱h(huán)將表明更適宜居住和不適宜居住的環(huán)境之間的交替，而火星中緯度地區(qū)的低溫將表明一個(gè)不適宜居住的環(huán)境，那里的大部分水被鎖在冰中，無法用于化學(xué)或生物，那里的水非常咸，對生命來說是不舒服的。”

基于某些礦物的存在、全球尺度的建模和巖層的識別，以前就有人提出過古代火星的氣候情景。這一結(jié)果首次加入了來自巖石樣本的同位素證據(jù)，以支持上述假設(shè)。

火星碳酸鹽中的重同位素值明顯高于地球上的碳酸鹽礦物，并且是所有火星物質(zhì)中記錄的最重的碳和氧同位素值。事實(shí)上，根據(jù)研究小組的說法，干濕氣候和冷咸氣候都需要形成富含重碳和重氧的碳酸鹽。

伯特說:“這些碳和氧同位素值比在地球或火星上測量到的任何東西都要高，這一事實(shí)表明，一個(gè)(或多個(gè))過程被推向了極端?！?/p>

“雖然蒸發(fā)會導(dǎo)致地球上氧同位素的顯著變化，但這項(xiàng)研究中測量到的變化要大兩到三倍。這意味著兩件事:1)極端程度的蒸發(fā)導(dǎo)致這些同位素值如此重，2)這些較重的值被保存下來，因此任何產(chǎn)生較輕同位素值的過程在量級上一定要小得多，”他繼續(xù)說。

這一發(fā)現(xiàn)是通過好奇號火星車上的火星樣本分析(SAM)和可調(diào)諧激光光譜儀(TLS)儀器得出的。SAM將樣品加熱到近1652華氏度(近900攝氏度)，然后使用TLS來分析在加熱階段產(chǎn)生的氣體。