Глобальную разницу в эволюции Земли и Марса объяснили метеориты

Геологи проанализировали 40 метеоритов, упавших на Землю с Марса, и выяснили, что секреты марсианской атмосферы скрыты в химических сигнатурах этих древних пород. Результаты станут руководством для следующего поколения исследователей, которые будут выяснять, существует ли жизнь на Марсе (или опровергать утверждение о том, что ее никогда не было). Исследование геологов показало, что атмосферы Марса и Земли разошлись кардинальным образом в процессе развития еще 4,6 миллиарда лет назад.

Исследователи сопоставили серный состав сорока марсианских метеоритов — достаточно большая выборка. Из более 60 000 метеоритов, обнаруженных на Земле, только 69, как полагают, берут начало с Марса.

Сами по себе эти метеориты представляют магматические породы, которые образовались на Марсе, были выброшены в космос, когда астероид или комета врезались в Красную планету и приземлились на Землю. Старейший метеорит в исследовании возрастом около 4,1 миллиарда лет образовался, когда наша Солнечная система находилась в зачаточном состоянии. Самому молодому — от 200 до 500 миллионов лет.

Изучение марсианских метеоритов разных возрастов поможет ученым исследовать химический состав атмосферы Марса и узнать, была ли планета когда-либо гостеприимна к жизни. Марс и Земля содержат основные элементы для жизни, но условия на Марсе были гораздо менее благоприятные: засушливая поверхность, низкая температура, радиоактивные космические лучи и ультрафиолетовое излучение Солнца.

Тем не менее, некоторые марсианские геологические особенности сформировались под влиянием воды — что говорит о более мягких условиях в прошлом. Ученые не утверждают, что эти условия сделали возможным существование на поверхности, но парниковые газы, выделяемые  вулканами, вполне могли сыграть свою роль.

Сера, которая изобилует на Марсе, возможно была среди парниковых газов, которые согревали поверхность, а также предоставляли пищу для микробов. Поскольку метеориты являются богатым источником информации о марсианской сере, исследователи проанализировали и атомы серы, которые были включены в камни.

В марсианских метеоритах некоторое количество серы появилось из расплавленной породы, или магмы, которая выходила на поверхность во время извержений вулканов. Вулканы также отправляли диоксид серы в атмосферу, где он взаимодействовал со светом, другими молекулами и осаждался на поверхности.

У серы есть четыре естественных стабильных изотопа. Также сера химически гибкий элемент, взаимодействующий со многими другими, а каждый тип взаимодействия по-разному распределяет изотопы серы. Исследователи измерили соотношение изотопов серы в образцах метеоритов и попытались выяснить происхождение серы: магматическое, атмосферное или же она была продуктом биологической активности.

Используя современные методы отслеживания изотопов серы в пробах марсианских метеоритов, ученые смогли определить некоторое количество серы как продукт фотохимических процессов в марсианской атмосфере. Сера осаждалась на поверхности, а затем входила в состав извергающейся магмы, которая и сформировала магматические породы.

Изотопные отпечатки, найденные в образцах метеоритов, отличаются от тех, которые были произведены жизнью на основе серы. Исследователи выяснили, что химические реакции с участием серы в атмосфере Марса отличаются от тех, которые имели место в начале геологической истории Земли. Это говорит о том, что юные атмосферы двух планет кардинально различались.

Точная природа различий неясна, но по другим данным, вскоре после формирования нашей солнечной системы, большая часть атмосферы Марса была потеряна, в результате чего стала тоньше, чем у Земли, с более низкой концентрацией двуокиси углерода и других газов. По этой причине Марс слишком холодный для жидкой воды сегодня — но, возможно, так было не всегда.

«Климатические модели показывают, что умеренное обилие двуокиси серы в атмосфере после вулканических эпизодов, произошедших на протяжении всей истории Марса, возможно, вызвало согревающий эффект, который позволил жидкой воде существовать на поверхности в течение длительного периода, — говорит ученый. — Наши измерения серы в марсианских метеоритах сузили диапазон возможных атмосферных композиций, тем самым дав возможность предположить, что фотохимическая активность на Марсе отличалась от активности ранней Земли».

Периоды высокой активности диоксида серы могут помочь объяснить сухие водоемы Красной планеты, речные каналы и другие свидетельства водянистого прошлого. Теплые условия, возможно, сохранялись достаточно долго для развития микробной жизни.

Работа команды представляет собой самый полный отчет о распределении изотопов серы на Марсе. По сути, ученые составили базу данных атомных отпечатков пальцев, которые станут шаблоном для сравнения с образцами, собранных в ходе миссии марсохода «Кьюриосити» и будущих полетов на Марс.