碳酸盐矿物在古环境研究中特别受关注，因为它们是碳和水循环的组成部分，而这两者都与宜居性相关。在新的研究中，行星科学家专注于美国宇航局好奇号火星车在火星盖尔陨石坑内检测到的碳酸盐矿物的碳和氧同位素测量。
早期火星表面有液态水（蓝色区域）的艺术概念图。图片来源：NASA / MAVEN / 月球与行星研究所。
同位素是具有不同质量的元素的版本。随着水蒸发，轻质的碳和氧更有可能逃逸到大气中，而重质的碳和氧则更容易被留下，积累到更高的丰度，在这种情况下，最终被纳入碳酸盐岩石中。
科学家对碳酸盐很感兴趣，因为它们已被证明具有作为气候记录的能力。
这些矿物质可以保留它们形成的环境特征，包括水的温度和酸度，以及水和大气的成分。
“这些碳酸盐的同位素值表明蒸发量极大，这表明这些碳酸盐可能是在只能支持短暂液态水的气候中形成的，”美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究员大卫·伯特博士说。
“我们的样本与火星表面存在生命（生物圈）的古老环境不一致，尽管这并不排除地下生物圈或表面生物圈在这些碳酸盐形成之前开始和结束的可能性。”
伯特博士和他的同事提出了盖尔陨石坑发现的碳酸盐的两种形成机制。
在第一种情况下，碳酸盐是通过火山口内的一系列干湿循环形成的。
在第二种情况下，碳酸盐是在火山口寒冷的结冰（低温）条件下在非常咸的水中形成的。
“这些形成机制代表了两种不同的气候状况，可能会呈现出不同的宜居性情景，”同样来自美国宇航局戈达德太空飞行中心的詹妮弗·斯特恩博士说。
“干湿循环将表明更适宜居住和更不适宜居住的环境之间的交替，而火星中纬度地区的低温将表明一个不太适宜居住的环境，其中大部分水被锁在冰中，无法用于化学或生物学，而且那里的东西非常咸，对生活来说是不愉快的。”
基于某些矿物的存在、全球尺度的建模和岩层的识别，古代火星的这些气候情景之前已经被提出过。
该结果是第一个添加来自岩石样本的同位素证据来支持这些情景的结果。
火星碳酸盐中的重同位素值明显高于地球上碳酸盐矿物的重同位素值，并且是有记录的所有火星材料中最重的碳和氧同位素值。
事实上，干湿气候和冷咸气候都需要形成富含重碳和氧的碳酸盐。
“这些碳和氧同位素值高于地球或火星上测量的任何其他值，这一事实表明一个（或多个）过程已走向极端，”伯特博士说。
“虽然蒸发会导致地球上氧同位素发生显着变化，但本研究中测量到的变化要大两到三倍。”
“这意味着两件事：(i) 极端程度的蒸发导致这些同位素值如此重，(ii) 这些较重的值被保留下来，因此任何会产生较轻同位素值的过程在数量级上一定要小得多”。
团队的纸本周发表在美国国家科学院院刊。
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大卫·伯特等人。 2024.碳酸盐衍生的CO中高度富集的碳和氧同位素2在火星盖尔陨石坑。美国国家科学院院刊121（42）：e2321342121； DOI：10.1073/pnas.2321342121
本文基于 NASA 提供的新闻稿。
