Bildekreditt: ESA
Astrobiology Magazine (AM): Den første gruppen bilder fra Meridiani Planum, som viser fint lagdelte berggrunner, har forskere ganske begeistret. Hva er dine førsteinntrykk?
Andrew Knoll (AK): Vi har kjent i flere år, fra baneopplysninger, at det er lagdelte bergarter på Mars, men muligheten gir oss vår første sjanse til å faktisk gå og jobbe direkte på noen av disse bergartene i et område. For geologer kan du bare ikke understreke viktigheten av det.
Det faktum at de er slags tabell antyder at de enten er ganske tynne vulkanavsetninger eller sedimenter. Og utsiktene til å ha sedimentære bergarter på Mars som vi kan gå opp og avhøre handler om et best case-scenario, så vidt jeg er bekymret.
ER: Hva om de viser seg å være vulkaniske askeforekomster? Vil det gi et mindre interessant scenario?
AK: Ikke i det hele tatt. Jeg tror et av de store spørsmålene er: Hva er de dominerende prosessene som har gitt opphav til lagdelte bergarter på Mars? Det er ingen grunn til å tro at hver lagdelte stein på Mars dannet seg på samme måte som den som Opportunity sitter foran. Men å vite selv hvordan en av de lagdelte bergartene som er dannet vil være et skritt i riktig retning.
Vi vil også snart vite om hematitesignalet i Meridiani som ble oppdaget fra bane er bosatt i disse bergartene. Husk grunnen til at vi er på Meridiani Planum, er på grunn av dette sterke signalet for en bestemt form for jernoksid kalt hematitt. Det er veldig vanskelig å tenke på å lage hematitt uten noen flytende vanninteraksjoner med bergarter. Så selv om det er en vulkansk stein, vil det bidra til å begrense vår tenkning om en av de mest interessante kjemiske anomaliene på planeten.
ER: Det er en elv i Spania, Rio Tinto, hvor du har brukt litt tid på research. Du har antydet at måten jernmineralene i Rio Tinto har forringet og transformert over tid kan kaste lys over hvordan hematitten på Meridiani dannet seg. Kan du forklare forbindelsen?
AK: La meg begynne i begynnelsen. Hvilke tanker vi bringer for tolkningen av jern på Mars, vil bli informert av vår erfaring med oksidert jern på jordens overflate. Det er en rekke måter jernforekomster har dannet på planeten vår. Det kan være at ingen av dem kommer til å være en eksakt analog for det som skjedde på Mars. Men hver av dem kan gi godbit med informasjon som vil hjelpe oss å tenke på Mars.
Nå er Rio Tinto et veldig interessant sted. Det er i det sørvestlige Spania, omtrent en time vest for Sevilla, kanskje en time til øst for den portugisiske grensen. Rio Tinto er faktisk av historisk interesse for mennesker i Amerika siden Columbus seilte i 1492 fra en havn ved munningen av Rio Tinto. Men det er også interessant for gruvegeologer fordi det har vært en gruve i det minste siden romernes tid.
Det som blir utvunnet der er jernmalm. For rundt 400 millioner år siden dannet hydrotermiske prosesser disse jernmalmforekomstene. Stort sett er jernet i form av jernsulfid, eller narres gull. Det er veldig rik malm. Når regnvannet perkolerer ned gjennom disse forekomstene, oksiderer det pyritten og to ting skjer. Den ene, den danner svovelsyre. Så vannet i elven har en pH på omtrent 1; det er veldig surt. Og to blir jernet oksidert. Så vannet handler om rubinens farge, på grunn av at dette jernet blir ført rundt.
Det som er interessant er at hvis du ser på forekomstene som dannes fra Rio Tinto i dag, kommer det meste av jern ut som jernsulfatmineraler, det vil si en kombinasjon av jern, svovel og oksygen; og litt av det kommer ut som et mineral som heter goethite, som er jern blandet med oksygen og litt hydrogen. Goethite er i utgangspunktet rust.
Det er ikke det du ser på Meridiani på Mars. Men det som er interessant med Rio Tinto-innskuddet er at denne prosessen har foregått i minst 2 millioner år. Og det er en rekke terrasser som gir oss en følelse av hva som skjer med disse forekomstene over tid.
Det vi finner er at etter bare noen tusen år har alle sulfatmineraler forsvunnet, og alt jernet er i dette materialet som heter goethite. Men når du går inn i eldre og eldre terrasser, når du kommer til terrasser som er 2 millioner år gamle, har mye av den goethitten blitt erstattet av hematitt, mineralet på Mars. Og det er en ganske grovkornet hematitt, som også er det vi ser på Mars.
Så det første vi lærer på Rio Tinto er at man ikke trenger å tenke bare på prosesser som deponerer grovkornet hematitt fra farta. Det kan danne seg under det geologer kaller diagenese. Det vil si at den kan dannes av prosesser som påvirker bergartene gjennom tid, og den kan faktisk gjøre det ved lave temperaturer og uten å bli dypt nedgravd og utsatt for høyt trykk. Så i den forstand viser Rio Tinto oss en annen måte hematitten i Meridiani kunne ha kommet dit. Det utvider alternativene vi vurderer.
ER: Når geologer sier ting som “lav temperatur”, betyr de ofte noe annet enn resten av oss gjør.
AK: Når jeg sier "lav temperatur", snakker jeg om temperaturene som du og jeg opplever til daglig, romtemperatur. Jeg vil gjette at de fleste av Rio Tinto grunnvann er mellom 20 og 30 grader Celsius, kanskje 70 til 80 grader Farenheit.
ER: Forandrer bergartens struktur over tid når et mineral går gjennom prosessen med diagenese?
AK: Ja det gjør det. Selv om det som er interessant, er at selv om tekstur på nivå med det mikroskopiske bilder definitivt kan se forandringer gjennom diagenetisk historie, ser det ut til å være vedvarende trekk ved deponering som du vil se ved å se nøye på utmarken med Pancam. Så selv om berget går gjennom disse endringene, beholder den sedimentære signaturer av dannelsen, noe som er spennende. Det er viktig.
AB: Du sier at på Rio Tinto kan du se en skive på 2 millioner år som viser deg den diagenetiske prosessen over tid. Men overskridelsene som muligheten har sett på Meridiani kan være 2 milliarder år gamle. Ville de fortsatt beholde nyttig informasjon etter det lenge?
AK: Her er den gode nyheten om geologi: Spesielt for sedimentære bergarter er de fleste endringene som en stein gjennomgår den gjennomgår veldig tidlig i sin historie. Med mindre en stein gjennomgår metamorfisme, blir begravet og utsatt for høye trykk og temperatur, stabiliserer den seg i løpet av høyst noen millioner år etter dannelsen til en form som den vil beholde på ubestemt tid.
Jeg jobber i dagjobben min på prekambriske steiner på denne planeten. Og jeg kan garantere deg at når jeg ser på en sedimentær bergart som er en milliard år gammel, skjedde de fleste endringene som den berget gjennomgikk i løpet av de første 200 tusen årene av livet. Og så stabiliserer det seg, og venter bare på en geolog.
ER: Og vi har ingen grunn til å tro at fysikk oppfører seg annerledes på Mars?
AK: Det er det vi har gått for oss. Jeg har sagt dette før med tanke på astrobiologi: Når du leter etter livet utenfor planeten vår, har du ingen forsikring om at biologien et annet sted vil være den samme som her. Men du har ganske god forsikring om at fysikk og kjemi vil være det samme.
ER: En del av det som gjør Meridiani interessant, er at det er ulikt omtrent noe annet sted på Mars. Selv om du er i stand til å finne ut historien til Meridiani, i hvilken grad vil du være i stand til å generalisere denne kunnskapen til Mars som helhet?
AK: Jeg tror det absolutt vil begrense måten vi tenker på Mars som en hel planet. Det kan hende at når det gjelder Mars 'generelle kjemiske og bergsignatur, vil Gusev vise seg å være en bedre overflate på Mars. Det vil si at det meste av Mars - faktisk nesten hele Mars - er overflatebehandlet med basalt, og deretter dekket med fint støv. Og det er det vi ser på Gusev.
Nå viser det seg at hvis du striper bort signalet fra hematitt fra signaturene på overflatematerialer i Meridiani som vi har fått fra bane, er det også hovedsakelig basalt. Så det er ikke en helt anomal del av planeten. Det ser ut til å være en representativ del av planeten i hjertet, med dette unike hematitt-signalet lagt på seg.
En av funksjonene ved Meridiani-jernforekomsten er at selv om den er lokal med hensyn til hele planeten, er den geografisk utbredt ved at du har tusenvis av kvadratkilometer som gir denne signaturen.
Mange tror at hydrotermale prosesser og grunnvannsprosesser bare vil gi små lokale jernsignaler, men faktisk, de hematittrike lagene i Rio Tinto-avsetningen, går i flere tusen kvadratkilometer. Fordi disse grunnvannene spredte seg i et lag over et bredt område.
Så Rio Tinto jernforekomster gjør flere ting som vi bør huske på hos Meridiani. De kombinerer eldgamle hydrotermiske og yngre lavtemperaturprosesser; de trenger vann; de kan være lagdannende; og de kan være utbredt.
De er ikke det eneste settet med prosesser som kan gjøre det på noen måte. Jeg er ikke spesielt forhåndsdømt til fordel for Rio Tinto som en bedre analog til Meridiani enn noe annet. Jeg tror bare at når vi går inn på denne utforskningen, må vi i det minste beholde minnefilen så mange forskjellige produkter og prosesser som arbeider med jern som mulig.
Alle de forskjellige innstillingene for jernavsetning og prosesser med jernavsetning vi ser på denne planeten bærer kjemiske og teksturelle signaler som muligheten kunne oppdage på Meridiani. Vi kan bruke disse sammenligningene for å hjelpe oss med å finne ut hvordan Meridiani-hematitten ble dannet.
ER: Et av de spennende aspektene ved Rio Tinto som forskningssted er at selv om vannet i elven er svært surt, er det bakterier som bor i den. Når du ser på de gamle hematittforekomstene i regionen, ser du fossile bakterier?
AK: Ja det gjør du. En av tingene som tiltrakk meg å jobbe med mine spanske kolleger var faktisk ikke at det er et oddballmiljø i dag. Selv om det er litt gøy å være interessert i livet på miljøkantene i dag, kommer det meste av livet - og mye av det du kan lære om biologi i dag - fra vanlige organismer som lever under vanlige omstendigheter. Det er der 99 prosent av mangfoldet i livet er.
På den annen side er det et stort spørsmål som kan stilles på Rio Tinto. Vi kan se prosessene som dannet Rio Tinto jernforekomster som foregår i dag; vi kan se de kjemiske prosessene; vi kan se hva biologi er i miljøet. Men det egentlige spørsmålet som man vil huske på når man tenker på Meridiani er: Hva, om noen, signaturer av den biologien, blir faktisk bevart i diagenetisk stabile bergarter?
Det ene er det. Hvis du var heldig nok til å ha tilgang til et mikroskop - dette vil sannsynligvis være i en oppløsning utover det du kunne håpe på fra det mikroskopiske bildet - kunne du se individuelle mikrobielle filamenter som er vakkert bevart. Så det er den første gode nyheten er at diagenetisk stabilisert jern kan beholde et mikroskopisk avtrykk av biologi.
Den bedre nyheten er at det er to trekk ved biologi som blir bevart i de mer øyeeple-nivå strukturene i disse bergartene.
Den ene er at du noen ganger får små bobler som dannes på grunn av gassutstråling fra metabolisme. Og noen av dem vil faktisk overdekke med jernmineraler og kan bevares gjennom diagenese. Og det er ganske mye sant gjennom de fleste sedimentære bergarter som vi finner i den geologiske kolonnen. Du kan få bevart gassrom, og disse gassrommene er alltid forbundet med biologisk gassproduksjon.
ER: Hvor alltid?
AK: Etter vår erfaring på jorden er det ganske mye 100 prosent. Det du vil spørre er: Hvilke andre prosesser enn biologi kan gi opphav til gasser i et sediment på en planet? Det er noe du kan gjøre eksperimenter på. Jeg vet ikke at noen gidder å gjøre dem på denne planeten. For ærlig talt, biologi er så gjennomgripende at det er det viktigste spillet i byen, uansett. Men man kunne gjøre eksperimentene.
Den andre tingen, som jeg føler meg enda sterkere med, er at de mange ganger, der det er mikrobielle bestander, danner disse vakre grupper av filamenter som bare strenger utover overflaten. De ser nesten ut som manen til en hest. Nå er det fine at når mineraler blir avsatt i disse miljøene, kjerne de faktisk på disse strengene av filamenter, og du får vakre sedimentære teksturer som igjen ser ut som hestenes manke.
Du kan se dem i Yellowstone Park, i både kiselholdige og karbonatutfellende strenger. Hvis du drar til steder som Mammoth Springs, kan du se at det skjer i dag. Og hvis du går inn i innlandet, kan du se gamle eksempler på det, vakre signaturer bevart i berget.
I Rio Tinto kan du se jern som blir avsatt på disse filamentene; og i de to millioner år gamle terrassene, kan du se disse glødende jernteksturene. Og der, igjen, kjenner jeg ikke til noen annen prosess enn biologi som kan danne dem. Så det er virkelig noe å holde øynene opp for når du ser på en utfellet stein på Mars.
ER: Og du kunne se disse med Pancam?
AK: Hvis du tok en Pancam til Rio Tinto eller Yellowstone Park, ville de hoppet ut mot deg. Absolutt.
ER: Hvis det viser seg at berggrunnen på landingsstedet Opportunity er sammensatt av sedimentære avsetninger, betyr det da at det måtte være flytende vann rundt disse sedimentene?
AK: Svært sannsynlig.
ER: Så hvis de var sedimentære, og Pancam så en slags tekstur som på Jorden indikerer biologi, ville det da bety at muligheten hadde kommet nær å finne bevis på livet på Mars?
AK: Dette er store hvis, men det ville være en stor dag.
La oss ta sikkerhetskopi et sekund, fordi det blir litt filosofi om hvordan du faktisk ser etter disse tingene. For et par år siden gikk NASA i gang med en finansieringskampanje for i hovedsak å prøve å forutse noen form for suggererende biologisk signatur som kan bli funnet i noen form for utforskning av en annen planet, slik at vi ikke ville bli sett på å klø i hodet.
Men det faktum er at du ikke kan forutse noe du kan se. Så det jeg tror er et mer realistisk scenario, er at du gjør utforskningen din, og hvis du i løpet av den utforskningen finner et signal som (a) ikke lett er redegjort for av fysikk og kjemi eller (b) som minner om signaler som er nært forbundet med biologi på jorden, så blir du spent.
Det som vil skje, kan jeg garantere deg, er at 100 initiativrike forskere vil gå inn i laboratoriet og se hvordan de i det hele tatt kan simulere det du ser - uten å bruke biologi. Og jeg tror det er riktig å gjøre. For ting der innsatsen er så høy, tror jeg man ønsker å være så nøye og edru med dette som man kan være. Og absolutt det betyr å vite mye mer om den generative kapasiteten til fysiske og kjemiske prosesser til å implantere både kjemiske og teksturiske signaturer i en stein enn vi vet om i dag.
Fraværende astrobiologi, ville ingen kaste bort tiden med å gjøre disse tingene, fordi vi på Jorden vet at det har vært biologi i det meste av klodens historie. Biologi er overalt. Biologi er fremtredende i signalene om at den gir sedimentære bergarter. Så hvem skal bruke fem år av tiden sin som ung forsker på å prøve å generere et signal med abiologiske midler som er nært knyttet til biologi? Imidlertid bytter du til Mars, og det er mange flere grunner til å gjøre den slags.
ER: Hvis en av MER-roverne fant en stein som så ut til å inneholde bevis for martiansk biologi, ville NASA ønsket å gå tilbake til det stedet og ta den med hjem?
AK: Det kan du vedde på. Avhengig av hva vi finner i Meridiani - for ikke å forutse hva vi finner - kan det gjøre det til et meget høyt prioritert nettsted for NASA å returnere med mer sofistikert utstyr og være et topp prioritert nettsted for prøve retur; eller vi kan avskrive det.
Det er hele grunnen til denne typen trinnvise arbeid. Jeg liker faktisk hele arkitekturen i NASAs plan om å gå ett skritt av gangen, gjøre hvert trinn nøye og i trinn to bygge videre på det du lærte i trinn en. Det gir mening.
ER: Jeg er klar over at jeg ber deg om å spekulere her, men hva tror du er oddsen for at Mars en gang var en levende verden?
AK: Jeg vet virkelig ikke. Men alt vi har lært de siste årene antyder for meg at vann kan ha vært episodisk snarere enn vedvarende på Mars. Og det reduserer sannsynligheten for biologi.
Hvis vann er til stede på Marsoverflaten i 100 år hvert 10. million år, er det ikke veldig interessant for biologien. Hvis den er til stede i 10 millioner år, er det veldig interessant.
Det er absolutt ikke gitt at vi vil finne at Mars var en biologisk planet. Halvparten av hjernen min prøver å kaste ut en prosentandel, og jeg vet at det er en så meningsløs ting å gjøre - jeg tror jeg bare ikke vil gjøre det.
Men jeg kan fortelle deg at en av de beste sjansene vi kommer til å få i flere år til å ta opp det spørsmålet, er akkurat her i jernforekomstene til Meridiani.
Originalkilde: Astrobiology Magazine
