En ny analys av kemiska signaturer som mätts av NASA:s Curiosity Rover ger en inblick i Mars förflutna för cirka 3,7 miljarder år sedan, när det var varmare och fuktigare.
Genom mätningar av isotopförhållanden för syre har ett team av forskare, inklusive forskare från Caltechs campus och NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL), upptäckt att sjön som en gång fanns i Gale Crater på Mars genomgick en betydande avdunstning tidigare än vad mineralogin och geokemin i sjöbottensedimenten skulle antyda.
Avdunstningsprocessen, som är vanlig för oss på jorden, ger viktiga ledtrådar till det forntida klimatet på Mars. Förekomsten av avdunstningsspår i isotopsammansättningen av vatten som extraherats från lermineraler i marsbergarterna indikerar att atmosfären på Mars var varm men också torr, vilket främjade avdunstningen av stillastående vatten.
”Varmt är relativt”, säger Amy Hofmann, Ph.D., gästforskare vid Caltech och forskare vid JPL, som Caltech förvaltar för NASA. ”Vi talar om en temperatur strax över fryspunkten, men det var tillräckligt varmt för att potentiellt kunna stödja den typ av prebiotisk kemi som astrobiologer är intresserade av.
”Detta var en dynamisk tid i Mars historia. Planeten befann sig mitt i en global klimatförändring, men vi vet från bergen i Gale att Mars yta fortfarande genomgick kemisk vittring, och att sjövattnet hade ett ungefär neutralt pH-värde och inte var särskilt salt. Lägg till det de enkla organiska föreningar som tidigare upptäckts i samma bergarter, så har du en övertygande beboelig lokal miljö.”
Hofmann är huvudförfattare till en artikel som beskriver studien, som publiceras i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.
Studien fokuserar på syreisotoper snarare än de mer vanligt studerade väteisotoperna. Projektet är det första som har hittat starka anrikningar av syre-18 i en forntida vattenreservoar på Mars. Syre-18 är en relativt sällsynt form av syre som är tyngre än sin typiska motsvarighet, syre-16, eftersom den har två neutroner mer. När vatten avdunstar tenderar H2O-molekylerna som innehåller ett lättare syreatom att försvinna först, vilket lämnar kvar flytande vatten med en högre koncentration av tungt syre.
Teamet studerade prover som samlats in av Curiosity-rovern mellan 2012 och 2021 från Gale Crater-regionen på Mars. Denna djupa fördjupning på Mars visar tecken på att den en gång har innehållit en stor sjö. Rovern tog prover på lermineraler, som är kända för att mer exakt behålla de syre- och väteisotopsignaturer som de fick när de bildades.
Även om syreisotopförhållandena i Mars atmosfär ser ganska liknande ut som förhållandena på jorden, visade vatten som extraherats från lermineralerna starka anrikningar av tyngre syre. Denna upptäckt indikerar att avdunstning verkligen ägde rum i Gale Crater vid den tidpunkt då dessa sediment avsattes.
”Denna upptäckt av Curiosity-roverteamet är ett viktigt steg framåt i vår långa kamp för att förstå hur vatten har format Mars yta på ett sätt som påminner oss om jorden, men som ändå är så annorlunda i sina detaljer och resultat”, säger medförfattaren John Eiler, Robert P. Sharp-professor i geologi och geokemi och Ted och Ginger Jenkins ledarskapsordförande för avdelningen för geologi och planetvetenskap.
”Det viktigaste för mig är den nya förståelse vi har fått för hur den torrare atmosfären och den kraftigt föränderliga hydrosfären på Mars styrde livscyklerna för dess sjöar – utan tvekan våra bästa mål för att upptäcka bevis på liv eller dess kemiska föregångare utanför jorden.”
Mer information: Amy E. Hofmann et al, Oxygen isotopic evidence that Gale crater, Mars, was home to an Early Hesperian water reservoir that underwent significant evaporation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2511627122
