好奇号新发现的碳同位素可能为古代火星提供线索

美国航天局的好奇号（Curiosity）火星车在2012年8月6日降落在火星上，此后一直在盖尔（Gale）陨石坑中漫游，采集样本并将结果送回家供研究人员解释。 对从六个暴露位置（包括暴露的悬崖）采集的沉积物样本中的碳同位素进行分析，研究人员对碳的来源有三个合理的解释，包括：宇宙尘埃、二氧化碳的紫外线降解或生物产生的甲烷的紫外线降解。

这三种情况都是非常规的，与地球上常见的过程不同。 碳有两种稳定同位素，碳-12和碳-13。 通过观察物质中每种同位素的含量，研究人员可以确定发生的碳循环的细节，即使它发生在很久以前。

宾夕法尼亚州立大学地球科学教授基斯杜化·豪斯（Christopher H. House）说：「我们太阳系中碳-12和碳-13的数量是太阳系形成时存在的数量，两者都存在于所有事物中，但由于碳-12的反应比碳-13更快，因此查看样品中每种物质的相对含量可以显示碳循环的情况。」

好奇号由美国国家航空航天局位于南加州的喷射推进实验室领导，在过去的九年里一直在探索盖尔陨石坑的一个区域，该区域暴露了古老的岩石层。 火星车钻入这些层的表面并从埋藏的沉积层中回收样本。 好奇号在没有氧气的情况下加热样本来分离任何化学物质。 对该热解产生的一部分还原碳的光谱分析显示，碳-12和碳-13的含量范围很广，具体取决于原始样本形成的地点或时间。 一些碳样本在碳-13中异常贫乏，而其它碳样本则富富得多。

豪斯说：「碳-13 极度贫乏的样本有点像澳洲从27亿年前的沉积物中提取的样本。 这些样本是由古代微生物垫消耗甲烷时的生物活动引起，但我们不一定在火星上这么说，因为它可能是由与地球不同的材料和过程形成的行星。」

为了解释异常枯竭的样本，研究人员提出了三种可能性：宇宙尘埃云、分解二氧化碳的紫外线辐射或生物产生的甲烷的紫外线降解。根据豪斯的说法，太阳系每隔几亿年就会穿过一个银河分子云。 它不会沉积很多灰尘，在地球记录中很难看到任何这些沉积事件。

为了创造一个好奇号可以取样的地层，银河尘埃云首先会降低火星上的温度，火星上仍然含有水并形成了冰川。 灰尘会沉积在冰的顶部，一旦冰川融化，就需要留在原地，留下一层包含碳的污垢。

到目前为止，火星上盖尔陨石坑过去存在冰川的证据有限。 根据研究人员的说法，这种解释是合理的，但还需要进一步的研究。碳-13含量较低的第二种可能解释是二氧化碳通过紫外线转化为甲醛等有机化合物。 产生碳-13贫乏样本的第三种可能方法具有生物学基础。

在地球上，来自古地表的强烈碳-13耗尽特征将表明过去的微生物消耗了微生物产生的甲烷。 古代火星可能已经从地下释放了大量的甲烷羽流，那里的甲烷生产在能量上是有利。 然后，释放的甲烷被表面微生物消耗，或者与紫外线反应并直接沉积在表面上。

然而，据研究人员称，目前在过去的火星景观中没有表面微生物的沉积证据，因此生物学解释依赖于紫外线将碳-13 讯号放置在地面
上。豪斯说：「所有这三种可能性都指向一个不寻常的碳循环，这与当今地球上的任何事物都不同，但是我们需要更多的数据来确定其中哪一个是正确的解释。 如果火星车能够探测到大量的甲烷羽流并从中测量碳同位素，那就太好了，但是虽然有甲烷羽流，但大多数都很小，而且没有任何流动站采样过足够大的样本来测量同位素。」

豪斯还指出，找到微生物垫的遗迹或冰川沉积物的证据也可以让事情变得更清楚一些。 好奇号仍在收集和分析样本，并将在大约一个月后返回，在那里它发现本研究中的一些样本。豪斯说：「这项研究实现了火星探索的长期目标，从另一个宜居世界的沉积物中测量不同的碳同位素，这是最重要的地质工具之一，它通过观察九年的探索来做到这一点。」

【图：美国太空总署;文：节译自美国宾夕法尼亚州立大学2022年1月17日新闻公布】研究全文刊登在2022年1月17日出版的《美国国家科学院院刊》 标题是：Depleted carbon isotope compositions observed at Gale crater，Mars

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