“好奇号”在古代火星上首次发现碳循环的原位证据

Gale Crater 的一个意外发现是火星的气候历史。

在那里，嵌在基岩中的好奇号火星车发现了一种名为菱铁矿它只能由火星大气中的碳沉淀形成。换句话说，数十亿年前，火星有一个活跃的碳循环。

这是火星上碳循环的第一个原位证据，它代表了这颗红色星球是否曾经支持过生命的重要线索。

“它告诉我们，这颗行星是宜居的，宜居性的模型是正确的。”地球化学家 Benjamin Tutolo 说加拿大卡尔加里大学。

关于古代火星的最大问题之一与它的水有关。所有证据都指向一个富含液态水体在其表面，带有湖泊和海洋那晃动和拍打着在海浪中撞击海岸线.

为了足够温暖和稳定地容纳这种液态水，火星的大气层需要大量的二氧化碳，这些二氧化碳被活火山这些东西曾经在表面上猖獗。

这些二氧化碳中的大部分会泄漏到太空中，但剩余的二氧化碳足以使火星变暖，并在表面的矿物中留下痕迹。

只有一个小问题。

“模型预测碳酸盐矿物应该很普遍，但迄今为止，基于漫游车的调查和基于卫星的火星表面轨道调查几乎没有发现它们存在的证据，”图托洛告诉 ScienceAlert。

这一令人震惊的新发现是在 2022 年和 2023 年的数据中发现的，当时已经在盖尔陨石坑周围徘徊 10 多年的好奇号火星车使用其化学和矿物学对来自陨石坑底部不同部分的矿物进行了 X 射线衍射分析（化学敏） 工具。

Tutolo 和他的同事仔细分析了“好奇号”的测量结果，并在“好奇号”钻的四个钻孔中的三个孔中发现了非常纯净的结晶菱铁矿。这种菱铁矿主要由铁和三氧化碳组成，并含有微量的镁，这让研究人员感到震惊。

“我们很惊讶在这里发现了碳酸盐矿物，因为即使是对这些沉积岩获得的轨道光谱数据进行最详细的调查，也无法识别碳酸盐矿物，”Tutolo 说。

“事实证明，其他矿物的存在——尤其是高水溶性硫酸镁盐——可能掩盖了轨道数据中碳酸盐矿物的特征。因为在全球范围内已经发现了含有这些盐的类似岩石，我们推断它们也可能含有丰富的碳酸盐矿物。

因此，这一发现不仅最终确定了科学家期望发现的碳酸盐矿物，还揭示了为什么科学家以前无法找到它们，以及如何在这颗红色星球上寻找更多的碳酸盐矿物。

在“好奇号”数据中发现的菱铁矿有助于确认和完善 35 亿多年前火星早期温暖期的模型。它证实了火星大气中二氧化碳含量丰富，有助于使火星保持足够温暖以容纳水;而这些碳是从大气中提取的，并被困在表面的矿物中。

但是，菱铁矿的形成虽然对当今研究火星的科学家来说是个好消息，但它却是火星本身一个时代结束的一部分。

“我们在这项研究中概述的古代火星碳循环的重要特征是它是不平衡的。换句话说，CO 要多得多₂似乎被隔离在岩石中，然后被释放回大气中，“Tutolo 解释说。

“因为火星离太阳比地球更远，所以它需要更多的 CO₂在其大气层中保持宜居条件。观察到地球化学过程正在捕获和封存该 CO₂表明这种不平衡的碳循环可能挑战了火星保持宜居的能力。

这些结果具有多种含义。现在科学家们知道菱铁矿对轨道仪器实际上是不可见的，他们可以回顾以前的数据，寻找他们可能忽略的菱铁矿存在的奇怪迹象。此外，漫游车收集的数据可能有更多碳酸盐矿物的证据。

现在研究人员知道矿物碳封存发生在火星上，他们可以将这些信息纳入火星气候历史的模型中，并确定这种捕获在火星宜居性下降中起了什么作用（如果有的话）。

这些矿物在地球上如此常见且不起眼，为了解火星开辟了一条全新的道路。

“我接受过水性地球化学家的培训，迄今为止，我职业生涯的大部分时间都花在了碳封存上，作为人类驱动的解决方案气候变化.与火星科学实验室团队才华横溢且拥有多元化专业知识的合作，我最终能够应用从气候变化解决方案工作中获得的知识来解释这些矿物学观测结果，“Tutolo 说。

“坦率地说，如果你在我 15 岁时告诉我这一切，我绝对不会相信！”

研究结果已发表在科学进展.

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