碳酸鹽礦物在古環境研究中特別受關注，因為它們是碳和水循環的組成部分，而這兩者都與宜居性相關。在新的研究中，行星科學家專注於美國宇航局好奇號火星車在火星蓋爾隕石坑內檢測到的碳酸鹽礦物的碳和氧同位素測量。
早期火星表面有液態水（藍色區域）的藝術概念圖。圖片來源：NASA / MAVEN / 月球與行星研究所。
同位素是具有不同質量的元素的版本。隨著水蒸發，輕質的碳和氧更有可能逃逸到大氣中，而重質的碳和氧則更容易被留下，積累到更高的豐度，在這種情況下，最終被納入碳酸鹽岩石中。
科學家對碳酸鹽很感興趣，因為它們已被證明具有作為氣候記錄的能力。
這些礦物質可以保留它們形成的環境特徵，包括水的溫度和酸度，以及水和大氣的成分。
“這些碳酸鹽的同位素值表明蒸發量極大，這表明這些碳酸鹽可能是在只能支持短暫液態水的氣候中形成的，”美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究員大衛·伯特博士說。
“我們的樣本與火星表面存在生命（生物圈）的古老環境不一致，儘管這並不排除地下生物圈或表面生物圈在這些碳酸鹽形成之前開始和結束的可能性。”
伯特博士和他的同事提出了蓋爾隕石坑發現的碳酸鹽的兩種形成機制。
在第一種情況下，碳酸鹽是通過火山口內的一系列乾濕循環形成的。
在第二種情況下，碳酸鹽是在火山口寒冷的結冰（低溫）條件下在非常鹹的水中形成的。
“這些形成機制代表了兩種不同的氣候狀況，可能會呈現出不同的宜居性情景，”同樣來自美國宇航局戈達德太空飛行中心的詹妮弗·斯特恩博士說。
“乾濕循環將表明更適宜居住和更不適宜居住的環境之間的交替，而火星中緯度地區的低溫將表明一個不太適宜居住的環境，其中大部分水被鎖在冰中，無法用於化學或生物學，而且那裡的鹽度極高，不適合生命生存。”
基於某些礦物的存在、全球尺度的建模和岩層的識別，古代火星的這些氣候情景之前已經被提出過。
該結果是第一個添加來自岩石樣本的同位素證據來支持這些情景的結果。
火星碳酸鹽中的重同位素值明顯高於地球上碳酸鹽礦物的重同位素值，並且是有記錄的所有火星材料中最重的碳和氧同位素值。
事實上，乾濕氣候和冷咸氣候都需要形成富含重碳和氧的碳酸鹽。
“這些碳和氧同位素值高於地球或火星上測量的任何其他值，這一事實表明一個（或多個）過程已走向極端，”伯特博士說。
“雖然蒸發會導致地球上氧同位素發生顯著變化，但本研究中測量到的變化要大兩到三倍。”
“這意味著兩件事：（i）極端程度的蒸發導致這些同位素值如此之重，（ii）這些較重的值被保留下來，因此任何會產生較輕同位素值的過程在數量級上一定要小得多。”
團隊的紙本週發表在美國國家科學院院刊。
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大衛·伯特等人。 2024.碳酸鹽衍生的CO中高度富集的碳和氧同位素2在火星蓋爾隕石坑。美國國家科學院院刊121（42）：e2321342121； DOI：10.1073/pnas.2321342121
本文基於 NASA 提供的新聞稿。
