对火星盖尔陨石坑沉积物的研究表明，独特的有机成分表明大气的影响，突出了有机物质形成的非生物过程。(艺术家的概念。)来源:SciTechDaily.com
火星的古代地质特征表明，过去曾有水存在，最近对盖尔陨石坑沉积物的研究显示，这些有机物质具有独特的同位素组成，表明这些有机物质的来源是大气过程，而不是生物活动。
火星的地质历史
尽管到目前为止，火星呈现出一片贫瘠、尘土飞扬、没有生命迹象的景观，但它的三角洲、湖床和河谷等地质特征强烈表明，过去火星表面曾经有大量的水流动。为了探索这种可能性，科学家们检查了保存在这些地层附近的沉积物。这些沉积物的成分提供了早期环境条件的线索，随着时间的推移塑造了地球的过程，甚至是过去生命的潜在迹象。
盖尔环形山的洞见
在其中一项分析中，好奇号火星车从盖尔环形山收集的沉积物显示出有机物。盖尔环形山被认为是一个大约38亿年前由小行星撞击形成的古老湖泊。然而，与地球上发现的有机物相比，这种有机物的碳-13同位素(13C)的含量明显低于碳-12同位素(12C)，这表明火星上的有机物形成过程不同。
大气中有机物的来源表明，火星表面可能含有比先前预期更多的有机化合物。图片来源:东京工业大学
新的研究成果
现在，一项研究阐明了这种差异，发现大气中的二氧化碳(CO2)光解作用为一氧化碳(CO)，随后的还原导致有机物中13C含量减少。这项研究由东京工业大学的Yuichiro Ueno教授和哥本哈根大学的Matthew Johnson教授领导，于2024年5月9日发表在《自然地球科学》杂志上。
“在测量13C和12C之间的稳定同位素比率时，火星有机物的13C丰度为0.92%至0.99%。与地球的沉积有机质(约1.04%)和大气二氧化碳(约1.07%)相比，这是极低的，两者都是生物残留物，与陨石中的有机质(约1.05%)不相似，”上野解释说。
同位素Fractio火星国家
早期火星的大气富含二氧化碳，其中含有13C和12C同位素。研究人员在实验室实验中模拟了火星大气成分和温度的不同条件。他们发现，当12CO2暴露在太阳紫外线(UV)光下时，它优先吸收紫外线辐射，导致其分解成13C中耗尽的CO，留下13C中富集的CO2。
在火星和地球的高层大气中也观察到这种同位素分馏(同位素分离)，在那里，来自太阳的紫外线照射导致CO2分解成CO, 13C含量减少。在火星的还原性大气中，CO转化为简单的有机化合物，如甲醛和羧酸。在火星早期，表面温度接近水的冰点，不超过300 K(27°C)，这些化合物可能溶解在水中并沉淀在沉积物中。
对火星沉积物的启示
通过模型计算，研究人员发现，在CO2与CO比为90:10的大气中，CO2转化为CO的20%将导致沉积有机质的δ13CVPDB值为-135‰。剩余CO2在13C中富集，δ13CVPDB值为+20‰。这些数值与“好奇号”火星车分析的沉积物和从火星陨石中估计的结果非常吻合。这一发现表明，早期火星上有机物质形成的主要来源是大气过程，而不是生物过程。
“如果这项研究的估计是正确的，那么火星沉积物中可能存在意想不到的有机物质。这表明，未来的火星探索可能会发现大量的有机物质，”上野说。
参考文献:《火星早期还原大气中CO中13c -贫有机质的合成》，作者:Yuichiro Ueno, Johan a . Schmidt, Matthew S. Johnson, Xiaofeng, Alexis Gilbert, Hiroyuki Kurokawa, Tomohiro臼井和Shohei Aoki, 2024年5月9日，Nature Geoscience。DOI: 10.1038 / s41561 - 024 - 01443 - z
