Obrazový kredit: ESA
Astrobiologický časopis (AM): První várka obrázků z Meridiani Planum, zobrazující jemně vrstvené podloží, má vědce docela nadšené. Jaké jsou vaše počáteční dojmy?
Andrew Knoll (AK): Již několik let jsme z orbitálních dat věděli, že na Marsu jsou vrstvené skály, ale Opportunity nám dává první šanci, abychom skutečně na některých z těchto hornin pracovali přímo ve výchozím stavu. Pro geology prostě nemůžete zdůraznit důležitost toho.
Skutečnost, že jsou jakousi tabulární, naznačuje, že jsou to buď docela tenké vulkanické nánosy nebo sedimenty. A vyhlídka na to, že na Marsu budou sedimentární horniny na místě, které můžeme jít nahoru a vyslýchat, je, pokud jde o mě, nejlepší scénář.
DOPOLEDNE: Co když se ukáže, že se jedná o ložiska sopečného popela? Bude to pro méně zajímavý scénář?
AK: Vůbec ne. Myslím, že jednou z velkých otázek je: Jaké jsou převládající procesy, které vedly ke vzniku vrstvených hornin na Marsu? Není důvod se domnívat, že každá vrstvená hornina na Marsu se formovala stejně jako ta, kterou Opportunity sedí před. Ale vědět, jak bude jedna z těchto vrstvených hornin krok správným směrem.
Brzy také budeme vědět, zda hematitový signál v Meridiani, který byl detekován z oběžné dráhy, je v těchto horninách rezidentní. Pamatujte, že důvod, proč jsme v Meridiani Planum, je kvůli tomuto silnému signálu pro určitou formu oxidu železa zvaného hematit. Je velmi obtížné uvažovat o výrobě hematitu bez nějakých interakcí kapalné vody s horninami. Takže i když je to sopečná hornina, pomůže to omezit naše myšlení o jedné z nejzajímavějších chemických anomálií na planetě.
DOPOLEDNE: Ve Španělsku je řeka Rio Tinto, kde jste strávili nějaký čas výzkumem. Navrhovali jste, aby způsob, jakým se železné minerály v Rio Tinto v průběhu času degradovaly a transformovaly, mohl vrhnout nějaké světlo na to, jak se vytvořil hematit v Meridiani. Můžete vysvětlit spojení?
AK: Dovolte mi začít na začátku. Druhy myšlení, které přinášíme k interpretaci železa na Marsu, budou informovány našimi zkušenostmi s oxidovaným železem na zemském povrchu. Existuje mnoho způsobů, jak se na naší planetě vytvořily ložiska železa. Je možné, že nikdo z nich nebude přesným analogem toho, co se stalo na Marsu. Ale každý z nich by mohl dát tidbits informací, které nám pomohou přemýšlet o Marsu.
Nyní je Rio Tinto velmi zajímavým místem. Je v jihozápadním Španělsku, asi hodinu západně od Sevilly, možná další hodinu východně od portugalských hranic. Rio Tinto je ve skutečnosti pro lidi v Americe historicky zajímavé, protože Columbus vyplul v roce 1492 z přístavu u ústí Rio Tinto. Zajímavé je ale i těžební geologové, protože to byl důl alespoň od doby Římanů.
Co se těží, je železná ruda. Asi před 400 miliony let vytvořily tyto ložiska železné rudy hydrotermální procesy. Většinou je železo ve formě sulfidu železa nebo bláznivého zlata. Je to velmi bohatá ruda. Jak dešťová voda pronikne skrz tyto usazeniny, oxiduje pyrit a dochází ke dvěma věcem. Jedna tvoří kyselinu sírovou. Voda v řece má pH asi 1; je to velmi kyselé. A za druhé, železo se oxiduje. Voda je tedy o barvě rubínů, protože se toto železo přenáší.
Zajímavé je, že když se podíváte na ložiska, která se dnes tvoří z Rio Tinto, většina železa vychází jako minerály síranu železa, tj. Kombinace železa, síry a kyslíku; a trochu z toho vychází jako minerál zvaný goethit, což je železo smíchané s kyslíkem a trochu vodíku. Goethite je v podstatě rez.
To není to, co vidíte na Meridiani na Marsu. Na vkladu Rio Tinto je však zajímavé, že tento proces probíhá nejméně 2 miliony let. A existuje řada teras, které nám dávají představu o tom, co se s těmito vklady děje v průběhu času.
Zjistili jsme, že po pouhých několika tisících letech všechny síranové minerály zmizely a veškeré železo se v tomto materiálu nazývá goethit. Ale jak jdete na starší a starší terasy, v době, kdy se dostanete na terasy, které jsou staré 2 miliony let, byla velká část goethitu nahrazena hematitem, minerálem na Marsu. A je to docela hrubozrnný hematit, který také vidíme na Marsu.
První věc, kterou se v Rio Tinto naučíme, je, že člověk nemusí přemýšlet pouze o procesech, které ukládají hrubozrnný hematit od začátku. Může se tvořit během toho, co geologové nazývají diagenezí. To znamená, že se může tvořit procesy, které časem ovlivňují horniny, a to ve skutečnosti může dělat za nízkých teplot a bez hlubokého pohřbení a vystavení vysokému tlaku. V tomto smyslu nám Rio Tinto ukazuje další způsob, jak se tam mohl dostat hematit v Meridiani. Rozšiřuje možnosti, které zvažujeme.
DOPOLEDNE: Když geologové říkají věci jako „nízká teplota“, často znamenají něco jiného než my ostatní.
AK: Když řeknu „nízká teplota“, mluvím o teplotách, které s námi denně prožíváme, o pokojové teplotě. Řekl bych, že většina podzemních vod Rio Tinto je mezi 20 a 30 ° C, možná 70 až 80 stupňů Farenheit.
DOPOLEDNE: Mění se struktura horniny v průběhu času, když minerál prochází procesem diageneze?
AK: Ano. Ačkoliv je zajímavé, že zatímco textura na úrovni toho, co mikroskopický zobrazovač může určitě změnit v průběhu diagenetické historie, rysy depozice ve větším měřítku, které byste viděli při bližším pohledu na výchoz s Pancam, se zdají být trvalé. Takže i když skála prochází těmito změnami, zachovává si sedimentární podpisy její tvorby, což je vzrušující. To je důležité.
AB: Říkáte, že v Rio Tinto můžete vidět plátek 2 miliony let, který vám v průběhu času ukáže diagenetický proces. Výchozy, které příležitost viděla v Meridiani, však mohou být staré 2 miliardy let. Zůstanou po té dlouhé době ještě nějaké užitečné informace?
AK: Zde je dobrá zpráva o geologii: Zejména u sedimentárních hornin se většina změn, kterým se skála podrobuje, podrobuje velmi brzy ve své historii. Pokud skála nepodstoupí metamorfózu, nezachytí se a nebude vystavena vysokým tlakům a teplotám, během nanajvýš několika milionů let od svého vzniku se stabilizuje do formy, kterou si bude udržovat donekonečna.
Ve své denní práci pracuji na prekambrických skalách na této planetě. A mohu vám zaručit, že když se podívám na sedimentární horninu, která je stará miliardu let, většina změn, které tato hornina prošla, se stala během prvních 200 tisíc let jejího života. A pak se stabilizuje a čeká jen na geologa.
DOPOLEDNE: A nemáme důvod se domnívat, že se na Marsu fyzika chová jinak?
AK: To je to, co pro nás máme. Už jsem to říkal, pokud jde o astrobiologii: Když hledáte život mimo naši planetu, nemáte žádnou záruku, že biologie někde jinde bude stejná, jako je zde. Ale máte docela dobré ujištění, že fyzika a chemie budou stejné.
DOPOLEDNE: Součástí toho, co dělá Meridianiho zajímavým, je to, že není na rozdíl od jakéhokoli jiného místa na Marsu. I když dokážete zjistit historii Meridiani, do jaké míry budete schopni tyto znalosti zobecnit na Mars jako celek?
AK: Myslím, že to určitě omezí způsob, jakým přemýšlíme o Marsu jako o celé planetě. Je možné, že z hlediska celkového chemického a skalního podpisu Marsu se Gusev ukáže jako lepší povrch Mars na standardním vydání. To znamená, že většina Marsu - ve skutečnosti téměř celý Mars - je potažena čedičem a poté pokryta jemným prachem. A to je to, co vidíme u Guseva.
Nyní se ukazuje, že pokud odstraníte signál hematitu z podpisů povrchových materiálů v Meridiani, že jsme se dostali z oběžné dráhy, je to hlavně čedič. Takže to není úplně neobvyklá část planety. Zdá se, že je to reprezentativní část planety v srdci, s tímto jedinečným hematitovým signálem navrstveným na ni.
Jednou z vlastností ložiska železa Meridiani je to, že zatímco je lokální vzhledem k celé planetě, je geograficky rozšířené v tom, že máte tisíce kilometrů čtverečních, které dávají tento podpis.
Mnoho lidí si myslí, že hydrotermální procesy a procesy podzemní vody dávají pouze malé lokální signály železa, ale ve skutečnosti vrstvy hematitu bohaté v depozitu Rio Tinto jdou na několik tisíc čtverečních kilometrů. Protože se tyto podzemní vody rozprostřely ve vrstvě po široké ploše.
Takže ložiska železa Rio Tinto dělají několik věcí, které bychom měli mít na paměti v Meridiani. Kombinují starověké hydrotermální a mladší nízkoteplotní procesy; potřebují vodu; mohou tvořit vrstvu; a mohou být rozšířené.
Nejedná se o jediný soubor procesů, které by k tomu mohly v žádném případě přispět. Nejsem nijak zvlášť předsudek ve prospěch Rio Tinta jako lepšího analogu s Meridiani než cokoli jiného. Jen si myslím, že když jdeme do tohoto průzkumu, musíme si v paměti uložit alespoň tolik různých produktů a procesů, které se zabývají železem, jak můžeme.
Všechna různá nastavení depozice železa a procesy depozice železa, které vidíme na této planetě, nesou chemické a texturní signály, které mohla příležitost odhalit na Meridiani. Můžeme použít tato srovnání, abychom nám pomohli zjistit, jak se vytvořil Meridianiho hematit.
DOPOLEDNE: Jedním z zajímavých aspektů Rio Tinto jako místa výzkumu je, že i když je voda v řece vysoce kyselá, v ní žijí bakterie. Když se podíváte na starověká ložiska hematitu v této oblasti, vidíte fosilní bakterie?
AK: Ano, ano. Ve skutečnosti jednou z věcí, které mě přitahovaly ke spolupráci se svými španělskými kolegy, nebylo to, že je to dnes divné prostředí. Přestože je dnes zábavné zajímat se o život na životním prostředí, většina života - a hodně toho, co se dnes o biologii můžete dozvědět - pochází z obyčejných organismů žijících za běžných okolností. Tam je 99 procent rozmanitosti života.
Na druhé straně je tu velká otázka, kterou lze položit v Rio Tinto. Vidíme procesy, které formovaly ložiska železa Rio Tinto, probíhající dnes; můžeme vidět chemické procesy; můžeme vidět, jaká biologie je v prostředí. Skutečnou otázkou však je, že při přemýšlení o Meridiani je třeba mít na paměti: Co se vlastně zachová v diageneticky stabilních horninách, pokud existují, podpisy této biologie?
Jedním je to. Pokud jste měli to štěstí, že jste měli přístup k mikroskopu - pravděpodobně by to bylo v rozlišení nad rámec toho, co byste mohli od mikroskopického zobrazovače očekávat - mohli byste vidět jednotlivá mikrobiální vlákna, která byla krásně zachována. To je první dobrá zpráva, že diageneticky stabilizované železo si může zachovat mikroskopický otisk biologie.
Lepší zprávou je, že existují dvě rysy biologie, které se zachovávají v texturách na úrovni oční bulvy v těchto horninách.
Jedním z nich je to, že někdy dochází k tvorbě bublin kvůli emise plynu z metabolismu. A někteří z nich budou vlastně zastřešovat železnými minerály a mohou být zachováni diagenezí. A to je do značné míry pravda díky většině sedimentárních hornin, které najdeme v geologickém sloupci. Můžete získat zachované plynové prostory a tyto plynové prostory jsou vždy spojeny s biologickou produkcí plynů.
DOPOLEDNE: Jak vždy?
AK: Podle našich zkušeností na Zemi je to téměř 100 procent. Chtěli byste se zeptat: Jaké procesy, jiné než biologie, mohou způsobit vznik plynů v sedimentu na planetě? Na tom můžete experimentovat. Nevím, že se někdo obtěžoval dělat je na této planetě. Upřímně řečeno, biologie je tak všudypřítomná, že je to stejně hlavní hra ve městě. Pokusy však bylo možné provést.
Druhou věcí, o které se cítím ještě silněji, je to, že mnohokrát, kde jsou mikrobiální populace, vytvářejí tyto krásné skupiny nekonečných vláken, která se právě protahují po povrchu. Skoro vypadají jako hříva koně. Skvělá věc je, že když se v těchto prostředích ukládají minerály, ve skutečnosti se na těchto řetězcích vláken nukleaují a získáte nádherné sedimentární textury, které opět vypadají jako hříva koně.
Můžete je vidět v Yellowstone Parku, jak v křemičitanových, tak uhličitanových řetězcích. Pokud jdete na místa, jako je Mammoth Springs, můžete to vidět dnes. A pokud se vydáte na výlet do vnitrozemí, můžete vidět starověké příklady toho, krásné skály zachované ve skále.
V Rio Tinto vidíte ukládání železa na tato vlákna; a na 2 milionech letých terasách můžete vidět tyto vláknité železné textury. A opět nevím o žádném jiném procesu než biologii, který by je mohl vytvořit. Takže je to opravdu něco, aby se vaše oči nedostaly ven, kdykoli se díváte na srážkovou skálu na Marsu.
DOPOLEDNE: A viděli jste to s Pancam?
AK: Kdybyste vzali Pancam do Rio Tinta nebo Yellowstone Parku, vyskočili na vás. Absolutně.
DOPOLEDNE: Pokud se ukáže, že skalní podloží v místě vykládky Opportunity je tvořeno sedimentárními ložisky, znamená to, že když byly tyto sedimenty položeny, musela být kolem tekutá voda?
AK: Pravděpodobně.
DOPOLEDNE: Takže kdyby byly sedimentární a Pancam viděl nějaký druh textury, který na Zemi ukazuje na biologii, znamenalo by to, že příležitost se přiblížila k nalezení důkazů o životě na Marsu?
AK: To jsou velké ifs, ale byl by to velký den.
Vraťme se na vteřinu, protože se dostane k trochu filozofii o tom, jak tyto věci skutečně hledáte. Před několika lety se NASA pustila do finanční kampaně, aby se v zásadě pokusila předvídat jakýkoli druh sugestivně biologického podpisu, který by mohl být nalezen při jakémkoli průzkumu jiné planety, takže bychom nebyli viděni, abychom škrábali hlavy.
Je však zřejmé, že nemůžete očekávat nic, co byste mohli vidět. Myslím si tedy, že realističtější scénář je, že provedete svůj průzkum, a pokud v průběhu tohoto průzkumu najdete signál, který (a) není snadno vysvětlen fyzikou a chemií nebo (b) připomínající signály které jsou úzce spojeny s biologií na Zemi, pak vás vzrušuje.
Co se stane, pak vám mohu zaručit, že 100 podnikavých vědců půjde do laboratoře a uvidí, jak, pokud vůbec, mohou simulovat to, co vidíte - bez použití biologie. A myslím, že je to správné. U věcí, kde jsou sázky tak vysoké, si myslím, že člověk chce být tak opatrný a střízlivý, jak můžete. A to jistě znamená vědět mnohem více o generativní schopnosti fyzikálních a chemických procesů implantovat jak chemické, tak texturní podpisy do skály, než o kterých dnes víme.
Absentující astrobiologie, nikdo by neztrácel čas dělat tyto věci, protože na Zemi víme, že pro většinu historie planety existuje biologie. Biologie je všude. Biologie převládá v signálech, které propůjčuje sedimentárním horninám. Kdo tedy stráví pět let svého času jako mladý vědec zkoušením generovat signál abiologickým způsobem, který je úzce spojen s biologií? Přepnete se však na Mars a existuje mnohem více důvodů, proč takovou věc dělat.
DOPOLEDNE: Pokud by jeden z MER roverů našel skálu, která podle všeho obsahovala důkazy marťanské biologie, chtěla by NASA jít zpět na toto místo a přivést ji domů?
AK: To se vsaď. V závislosti na tom, co v Meridiani najdeme - abychom neohrožovali to, co najdeme - může pro NASA znamenat, že se vrátí s velmi sofistikovaným vybavením a bude to místo s nejvyšší prioritou pro vracení vzorků; nebo to můžeme odepsat.
To je celý důvod pro tento druh dílčí práce. Vlastně se mi líbí celá architektura plánu NASA jít jeden krok po druhém, každý krok pečlivě a ve druhém kroku stavět na tom, co jste se naučili v prvním kroku. To dává smysl.
DOPOLEDNE: Uvědomuji si, že vás žádám, abyste zde spekulovali, ale jaké jsou podle vás šance, že Mars byl kdysi živým světem?
AK: Opravdu nevím. Ale vše, co jsme se v posledních letech naučili, mi naznačuje, že voda mohla být na Marsu spíše epizodická než trvalá. A to snižuje pravděpodobnost biologie.
Pokud je voda na marťanském povrchu 100 let každých 10 milionů let, není to pro biologii příliš zajímavé. Pokud je přítomen po dobu 10 milionů let, je to velmi zajímavé.
Není jisté, že zjistíme, že Mars byl biologická planeta. Polovina mého mozku se stále snaží vyhazovat procento a vím, že je to nesmyslné, co dělat - myslím, že to prostě nedělám.
Ale mohu vám říci, že jedna z nejlepších šancí, které na několik let dostaneme k vyřešení této otázky, je právě tady v železných ložiscích Meridiani.
Původní zdroj: Astrobiology Magazine
