火星岩石揭示了地球气候的记录

火星表面曾经是湿的，但现在没有水流过。加州大学圣地亚哥分校的化学家和其他人仔细研究了陨石，该陨石可能是从横跨地球表面的巨大裂谷喷出的。该图像是1970年代NASA维京飞行任务拍摄的数百张照片的合成。

一项关于火星岩石的新研究揭示了数十亿年前地球气候的记录，当时水可能冲刷了整个地球表面，并且在那里形成的任何生物都可能出现了。

加州大学圣地亚哥分校，美国宇航局和史密森学会的科学家在本周早期的《美国国家科学院院刊》网络版中报告了陨石中矿物的详细测量结果。

该报告的主要作者，加州大学圣地亚哥分校的科学家罗宾娜·沙海恩（Robina Shaheen）表示：“陨石中的矿物质具有地球古代化学，水与大气之间相互作用的快照。”

这颗可爱的石头掉落在1万3千年前的地球上，看上去很像土豆，并且具有悠久的历史。它被命名为ALH84001，是我们在火星上发现的最古老的陨石，是来自40亿年前爆发的火山中凝固的岩浆的一部分。从那以后，某种液体（可能是水）从岩石的孔隙中渗出，并沉淀出碳酸盐和其他矿物质的小球。

碳酸盐的细微变化取决于其碳原子和氧原子的来源。碳和氧都以较重和较轻的形式或同位素形式存在。同位素的相对丰度形成了一种化学特征，可以进行仔​​细的分析和敏感的测量发现。

火星的大气层主要是二氧化碳，但其中含有一些臭氧。臭氧化学中的氧同位素平衡由于一种物理化学现象而变得异常奇怪，因为通过一种物理化学现象富集重同位素，这是25年前加州大学圣地亚哥分校化学教授马克·蒂门斯（Mark Thiemens）和他的同事首先描述的。

“当臭氧与大气中的二氧化碳反应时，它将同位素的异味转移到新分子中，” Shaheen说，他曾在德国海德堡大学攻读研究生，研究了氧同位素交换的这一过程。当二氧化碳与水反应生成碳酸盐时，同位素特征将继续保留。

碳酸盐中同位素的怪异程度反映了它们形成时存在多少水和臭氧。记录在39亿年前的气候中，被锁定在稳定的矿物质中。水越多，奇怪的臭氧信号越小。

这个团队在陨石中的碳酸盐中测量到了明显的臭氧信号，这表明尽管火星当时有水，但广阔的海洋是不可能的。相反，早期的火星景观可能拥有较小的海洋。

“新的是我们同时测量了相同样品上的碳同位素。碳同位素的混合表明，陨石中的不同矿物具有不同的起源。” Shaheen说。“他们告诉我们有关大气中二氧化碳的化学和同位素组成的故事。”

ALH84001装有细小的碳酸盐管，一些科学家认为该碳酸盐管是微生物生命的潜在证据，尽管该结构的生物学起源已被轻视。12月16日，美国国家航空航天局宣布了另一种火星生命的潜在气味，其形式为漫游者好奇号嗅到的甲烷。

碳酸盐可以通过清除矿物以构造其骨骼的生物沉积，但该小组所测量的矿物并非如此。

沙欣说：“我们看到的碳酸盐不是来自生物。”“它具有异常的氧同位素，告诉我们这种碳酸盐是非生物的。”

通过以多种方式测量同位素，化学家发现碳中碳13贫化，而氧18富集。就是说，在这个时代，火星轰炸的时代，火星的大气中的碳13比今天少得多。

碳和氧同位素相对丰度的变化可能是由于火星大气层的大量损失而发生的。液态水可能需要更浓的气氛才能在地球寒冷的表面上流动。

蒂门斯说：“我们现在对太阳系中最早的氧气-水系统有了更深入，更具体的了解。”“剩下的问题是地球和火星的行星何时获得水，而在火星的情况下，它去了哪里？我们取得了长足的进步，但仍然存在着深奥的谜团。”

美国宇航局休斯顿约翰逊太空飞行中心的行星科学家保罗·尼尔斯和史密森尼学会的凯瑟琳·科里根，以及前加州大学圣地亚哥分校化学系学生肯尼思·钟（Kenneth Chong）是该论文的共同作者。

蒂门斯（Thiemens）和沙欣（Shaheen）感谢美国国家科学基金会（National Science Foundation）的“大气化学”计划，该计划为沙欣（Shaheen）在该项目上的工作提供了部分支持。NASA的“火星基础研究”计划（提供给Niles）以及Zonta国际基金会和俄亥俄太空资助协会（提供给Corrigan）也提供了资金。

出版物：Robina Shaheen等人，“ ALH 84001中的碳酸盐形成事件追踪了火星大气的演化”，PNAS，2014年；土井：10.1073 / pnas.1315615112

图像：美国地质调查局，美国宇航局