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Astrobiology Magazine (AM): Die ersten Bilder von Meridiani Planum, die fein geschichtetes Grundgestein zeigen, haben Wissenschaftler ziemlich begeistert. Was sind Ihre ersten Eindrücke?
Andrew Knoll (AK): Aus Orbitaldaten wissen wir seit mehreren Jahren, dass es auf dem Mars geschichtete Gesteine gibt, aber Opportunity gibt uns die erste Chance, tatsächlich direkt an einigen dieser Gesteine in einem Aufschluss zu arbeiten. Für Geologen kann man die Wichtigkeit davon einfach nicht genug betonen.
Die Tatsache, dass sie tabellarisch sind, deutet darauf hin, dass es sich entweder um ziemlich dünne vulkanische Ablagerungen oder um Sedimente handelt. Und die Aussicht, in situ Sedimentgesteine auf dem Mars zu haben, die wir abfragen können, ist für mich ein Best-Case-Szenario.
AM: Was ist, wenn sich herausstellt, dass es sich um Vulkanascheablagerungen handelt? Wird das zu einem weniger interessanten Szenario führen?
AK: Ganz und gar nicht. Ich denke, eine der großen Fragen ist: Was sind die vorherrschenden Prozesse, die zu geschichteten Gesteinen auf dem Mars geführt haben? Es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass sich jeder geschichtete Stein auf dem Mars auf die gleiche Weise gebildet hat wie der, vor dem Opportunity sitzt. Aber selbst zu wissen, wie sich einer dieser geschichteten Felsen gebildet hat, ist ein Schritt in die richtige Richtung.
Wir werden auch bald wissen, ob das Hämatitsignal in Meridiani, das aus der Umlaufbahn entdeckt wurde, in diesen Gesteinen vorhanden ist. Denken Sie daran, dass wir uns im Meridiani Planum befinden, weil dieses starke Signal für eine bestimmte Form von Eisenoxid namens Hämatit vorliegt. Es ist sehr schwierig, über die Herstellung von Hämatit ohne Wechselwirkungen von flüssigem Wasser mit Gesteinen nachzudenken. Selbst wenn es sich um ein Vulkangestein handelt, wird dies dazu beitragen, unser Denken über eine der interessantesten chemischen Anomalien auf dem Planeten einzuschränken.
AM: In Spanien gibt es einen Fluss, den Rio Tinto, an dem Sie einige Zeit geforscht haben. Sie haben vorgeschlagen, dass die Art und Weise, wie sich die Eisenmineralien in Rio Tinto im Laufe der Zeit abgebaut und umgewandelt haben, Aufschluss darüber geben könnte, wie sich der Hämatit in Meridiani gebildet hat. Können Sie den Zusammenhang erklären?
AK: Lassen Sie mich am Anfang beginnen. Die Art des Denkens, die wir in die Interpretation von Eisen auf dem Mars einbringen, wird durch unsere Erfahrung mit oxidiertem Eisen auf der Erdoberfläche bestimmt. Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, wie sich Eisenvorkommen auf unserem Planeten gebildet haben. Es kann sein, dass keiner von ihnen ein genaues Analogon für das sein wird, was auf dem Mars passiert ist. Aber jeder von ihnen könnte ein paar Informationen geben, die uns helfen, über den Mars nachzudenken.
Jetzt ist Rio Tinto ein sehr interessanter Ort. Es liegt im Südwesten Spaniens, etwa eine Stunde westlich von Sevilla, vielleicht eine weitere Stunde östlich der portugiesischen Grenze. Rio Tinto ist tatsächlich von historischem Interesse für die Menschen in Amerika, seit Columbus 1492 von einem Hafen an der Mündung des Rio Tinto aus in See stach. Es ist aber auch für Bergbaugeologen von Interesse, da es zumindest seit der Zeit der Römer eine Mine ist.
Was dort abgebaut wird, ist Eisenerz. Vor etwa 400 Millionen Jahren bildeten hydrothermale Prozesse diese Eisenerzvorkommen. Meistens liegt das Eisen in Form von Eisensulfid oder Narrengold vor. Es ist sehr reich an Erz. Wenn Regenwasser durch diese Ablagerungen sickert, oxidiert es den Pyrit und zwei Dinge passieren. Erstens bildet es Schwefelsäure. Das Wasser im Fluss hat also einen pH-Wert von etwa 1; es ist sehr sauer Und zweitens wird das Eisen oxidiert. Das Wasser hat also ungefähr die Farbe von Rubinen, weil dieses Eisen herumgetragen wird.
Interessant ist, dass bei Betrachtung der Ablagerungen, die sich heute aus dem Rio Tinto bilden, der größte Teil des Eisens als Eisensulfatmineralien austritt, dh als Kombination aus Eisen, Schwefel und Sauerstoff. und ein bisschen davon kommt als Mineral namens Goethit heraus, das Eisen ist, das mit Sauerstoff und ein bisschen Wasserstoff gemischt ist. Goethit ist im Grunde Rost.
Das sehen Sie bei Meridiani auf dem Mars nicht. Das Interessante an der Lagerstätte Rio Tinto ist jedoch, dass dieser Prozess seit mindestens 2 Millionen Jahren stattfindet. Und es gibt eine Reihe von Terrassen, die uns einen Eindruck davon geben, was mit diesen Ablagerungen im Laufe der Zeit passiert.
Was wir finden ist, dass nach nur wenigen tausend Jahren alle Sulfatmineralien verschwunden sind und das gesamte Eisen in diesem Material namens Goethit enthalten ist. Wenn Sie jedoch ältere und ältere Terrassen betreten, wurde ein Großteil dieses Goethits durch Hämatit, das Mineral auf dem Mars, ersetzt, wenn Sie Terrassen erreichen, die 2 Millionen Jahre alt sind. Und es ist ein ziemlich grobkörniger Hämatit, was wir auch auf dem Mars sehen.
Das erste, was wir bei Rio Tinto lernen, ist, dass man nicht nur an Prozesse denken muss, bei denen grobkörniger Hämatit von Anfang an abgelagert wird. Es kann sich während der sogenannten Diagenese bilden. Das heißt, es kann sich durch Prozesse bilden, die die Gesteine im Laufe der Zeit beeinflussen, und dies kann tatsächlich bei niedrigen Temperaturen und ohne tief eingegraben und hohem Druck ausgesetzt zu sein. In diesem Sinne zeigt uns Rio Tinto einen anderen Weg, auf dem der Hämatit in Meridiani dorthin hätte gelangen können. Es erweitert die Optionen, die wir in Betracht ziehen.
AM: Wenn Geologen Dinge wie „niedrige Temperatur“ sagen, bedeuten sie oft etwas anderes als der Rest von uns.
AK: Wenn ich "niedrige Temperatur" sage, spreche ich von den Temperaturen, die Sie und ich täglich erleben, Raumtemperatur. Ich würde vermuten, dass die meisten Grundwässer des Rio Tinto zwischen 20 und 30 Grad Celsius liegen, vielleicht 70 bis 80 Grad Fahrenheit.
AM: Ändert sich die Textur des Gesteins im Laufe der Zeit, wenn ein Mineral den Prozess der Diagenese durchläuft?
AK: Ja tut es. Obwohl es interessant ist, dass sich die Textur auf dem Niveau, das der mikroskopische Imager sehen kann, im Laufe der diagenetischen Vorgeschichte definitiv ändert, scheinen größere Ablagerungsmerkmale, die Sie bei genauer Betrachtung des Aufschlusses mit Pancam sehen würden, dauerhaft zu sein. Obwohl das Gestein diese Veränderungen durchläuft, behält es sedimentäre Signaturen seiner Entstehung bei, was aufregend ist. Das ist wichtig.
AB: Sie sagen, dass Sie in Rio Tinto eine 2-Millionen-Jahres-Scheibe sehen können, die Ihnen den diagenetischen Prozess im Laufe der Zeit zeigt. Aber die Aufschlüsse, die Opportunity bei Meridiani gesehen hat, könnten 2 Milliarden Jahre alt sein. Würden sie nach dieser Zeit noch nützliche Informationen behalten?
AK: Hier sind die guten Nachrichten zur Geologie: Insbesondere bei Sedimentgesteinen werden die meisten Veränderungen, die ein Gestein erfährt, sehr früh in seiner Geschichte erfahren. Wenn ein Gestein keine Metamorphose erfährt, begraben und hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt wird, stabilisiert es sich innerhalb von höchstens einigen Millionen Jahren nach seiner Entstehung in einer Form, die es auf unbestimmte Zeit beibehält.
Ich arbeite in meiner täglichen Arbeit an präkambrischen Felsen auf diesem Planeten. Und ich kann Ihnen garantieren, dass die meisten Veränderungen, die dieses Gestein erfahren hat, in den ersten 200.000 Jahren seines Lebens stattgefunden haben, wenn ich mir ein milliarden Jahre altes Sedimentgestein anschaue. Und dann stabilisiert es sich und wartet nur auf einen Geologen.
AM: Und wir haben keinen Grund zu der Annahme, dass sich die Physik auf dem Mars anders verhält?
AK: Das ist es, was wir für uns tun. Ich habe dies bereits in Bezug auf die Astrobiologie gesagt: Wenn Sie nach einem Leben jenseits unseres Planeten suchen, können Sie nicht sicher sein, dass die Biologie an einem anderen Ort dieselbe sein wird wie hier. Aber Sie haben ziemlich gute Gewissheit, dass Physik und Chemie gleich sein werden.
AM: Ein Teil dessen, was Meridiani interessant macht, ist, dass es sich von kaum einem anderen Ort auf dem Mars unterscheidet. Selbst wenn Sie in der Lage sind, die Geschichte von Meridiani herauszufinden, inwieweit können Sie dieses Wissen auf den Mars als Ganzes übertragen?
AK: Ich denke, es wird sicherlich die Art und Weise einschränken, wie wir über den Mars als ganzen Planeten denken. Es kann sein, dass sich Gusev in Bezug auf die chemische Gesamt- und Gesteinsunterschrift des Mars als eine bessere Marsoberfläche mit Standardausgabe herausstellen wird. Das heißt, der größte Teil des Mars - in der Tat fast der gesamte Mars - ist mit Basalt überzogen und dann mit feinem Staub bedeckt. Und das sehen wir bei Gusev.
Nun stellt sich heraus, dass, wenn Sie das Signal von Hämatit von den Signaturen der Oberflächenmaterialien in Meridiani entfernen, die wir aus der Umlaufbahn erhalten haben, es auch hauptsächlich Basalt ist. Es ist also kein völlig anomaler Teil des Planeten. Es scheint ein repräsentativer Teil des Planeten im Herzen zu sein, auf den dieses einzigartige Hämatitsignal geschichtet ist.
Eines der Merkmale der Eisenlagerstätte Meridiani ist, dass sie zwar in Bezug auf den gesamten Planeten lokal ist, aber geografisch weit verbreitet ist, da Sie Tausende von Quadratkilometern haben, die diese Signatur verleihen.
Viele Menschen glauben, dass hydrothermale Prozesse und Grundwasserprozesse nur kleine lokale Eisensignale liefern, aber tatsächlich erstrecken sich die hämatitreichen Schichten in der Lagerstätte Rio Tinto über mehrere tausend Quadratkilometer. Weil sich dieses Grundwasser in einer Schicht über einen weiten Bereich ausbreitet.
Die Eisenvorkommen von Rio Tinto bewirken also einige Dinge, die wir bei Meridiani beachten sollten. Sie kombinieren alte hydrothermale und jüngere Niedertemperaturprozesse. sie brauchen Wasser; sie können schichtbildend sein; und sie können weit verbreitet sein.
Sie sind keineswegs die einzigen Prozesse, die dazu in der Lage sind. Ich bin nicht besonders voreingenommen für Rio Tinto als besseres Analogon zu Meridiani als alles andere. Ich denke nur, dass wir bei dieser Untersuchung zumindest so viele verschiedene Produkte und Prozesse wie möglich in unserer Speicherdatei aufbewahren müssen, die sich mit Eisen befassen.
Alle unterschiedlichen Einstellungen für die Eisenablagerung und die Prozesse der Eisenablagerung, die wir auf diesem Planeten sehen, tragen chemische und strukturelle Signale, die Opportunity auf Meridiani erkennen konnte. Wir können diese Vergleiche verwenden, um herauszufinden, wie sich der Meridiani-Hämatit gebildet hat.
AM: Einer der faszinierenden Aspekte von Rio Tinto als Forschungsstandort ist, dass, obwohl das Wasser im Fluss stark sauer ist, Bakterien darin leben. Wenn Sie sich die alten Hämatitvorkommen in dieser Region ansehen, sehen Sie fossile Bakterien?
AK: Ja, das tust du. Eines der Dinge, die mich dazu bewegt haben, mit meinen spanischen Kollegen zusammenzuarbeiten, war nicht, dass es heute eine seltsame Umgebung ist. Während es heute Spaß macht, sich für das Leben am Rande der Umwelt zu interessieren, stammt das meiste Leben - und vieles, was Sie heute über Biologie lernen können - von gewöhnlichen Organismen, die unter normalen Umständen leben. Hier sind 99 Prozent der Vielfalt des Lebens.
Auf der anderen Seite gibt es eine gute Frage, die bei Rio Tinto gestellt werden kann. Wir können die Prozesse sehen, die heute die Eisenvorkommen von Rio Tinto gebildet haben. wir können die chemischen Prozesse sehen; Wir können sehen, was Biologie in der Umwelt ist. Die eigentliche Frage, die man beim Denken an Meridiani berücksichtigen möchte, lautet jedoch: Welche Signaturen dieser Biologie werden, wenn überhaupt, tatsächlich in diagenetisch stabilen Gesteinen aufbewahrt?
Eins ist das. Wenn Sie das Glück hätten, Zugang zu einem Mikroskop zu haben - dies wäre wahrscheinlich eine Auflösung, die über das hinausgeht, was Sie sich vom mikroskopischen Imager erhoffen können -, könnten Sie einzelne mikrobielle Filamente sehen, die wunderschön erhalten geblieben sind. Das ist also die erste gute Nachricht, dass diagenetisch stabilisiertes Eisen einen mikroskopischen Eindruck von Biologie hinterlassen kann.
Die bessere Nachricht ist, dass es zwei Merkmale der Biologie gibt, die in den Texturen auf Augapfelhöhe in diesen Gesteinen erhalten bleiben.
Eine davon ist, dass sich manchmal kleine Blasen bilden, weil das Gas aus dem Stoffwechsel austritt. Und einige davon werden tatsächlich mit Eisenmineralien überdacht und können durch Diagenese erhalten werden. Und das trifft auf die meisten Sedimentgesteine zu, die wir in der geologischen Spalte finden. Sie können konservierte Gasräume erhalten, und diese Gasräume sind ausnahmslos mit der biologischen Produktion von Gasen verbunden.
AM: Wie immer?
AK: Nach unserer Erfahrung auf der Erde sind es fast 100 Prozent. Was Sie fragen möchten, ist: Welche anderen Prozesse als die Biologie können zu Gasen in einem Sediment auf einem Planeten führen? Daran können Sie experimentieren. Ich weiß nicht, dass sich irgendjemand die Mühe gemacht hat, sie auf diesem Planeten zu machen. Denn ehrlich gesagt ist die Biologie so allgegenwärtig, dass dies sowieso das Hauptspiel in der Stadt ist. Aber man könnte die Experimente machen.
Die andere Sache, die mir noch stärker am Herzen liegt, ist, dass sie bei mikrobiellen Populationen oftmals diese schönen Gruppen von Filamenten bilden, die sich nur über die Oberfläche erstrecken. Sie sehen fast aus wie die Mähne eines Pferdes. Das Tolle ist nun, dass Mineralien, wenn sie in diesen Umgebungen abgelagert werden, tatsächlich auf diesen Filamentketten entstehen und Sie wunderschöne Sedimentstrukturen erhalten, die wiederum wie die Mähne eines Pferdes aussehen.
Sie können sie im Yellowstone Park sowohl in kieselsäurehaltigen als auch in karbonatfälelnden Fäden sehen. Wenn Sie zu Orten wie Mammoth Springs gehen, können Sie sehen, dass es heute passiert. Und wenn Sie ins Hinterland wandern, können Sie alte Beispiele dafür sehen, schöne Signaturen, die im Felsen erhalten sind.
In Rio Tinto können Sie sehen, wie sich Eisen auf diesen Filamenten ablagert. und auf den 2 Millionen Jahre alten Terrassen können Sie diese filamentösen Eisenstrukturen sehen. Und auch hier kenne ich keinen anderen Prozess als die Biologie, der diese bilden könnte. Das ist also wirklich etwas, nach dem Sie Ausschau halten sollten, wenn Sie auf einen gefällten Felsen auf dem Mars schauen.
AM: Und Sie konnten diese mit Pancam sehen?
AK: Wenn Sie eine Pancam nach Rio Tinto oder Yellowstone Park nehmen würden, würden sie auf Sie herausspringen. Absolut.
AM: Wenn sich herausstellt, dass das Grundgestein am Landeplatz von Opportunity aus Sedimentablagerungen besteht, bedeutet dies, dass bei der Ablagerung dieser Sedimente flüssiges Wasser vorhanden sein musste?
AK: Sehr wahrscheinlich.
AM: Wenn sie also sedimentär wären und Pancam eine Textur sehen würde, die auf der Erde auf Biologie hinweist, würde das bedeuten, dass Opportunity beinahe Beweise für das Leben auf dem Mars gefunden hätte?
AK: Das sind große Wenns, aber es wäre ein großer Tag.
Lassen Sie uns eine Sekunde zurücktreten, denn es geht um ein wenig Philosophie darüber, wie Sie tatsächlich nach diesen Dingen suchen. Vor ein paar Jahren startete die NASA eine Finanzierungskampagne, um im Wesentlichen zu versuchen, jede Art von suggestiver biologischer Signatur zu antizipieren, die bei jeder Erkundung eines anderen Planeten gefunden werden könnte, damit wir uns nicht am Kopf kratzen.
Tatsache ist jedoch, dass Sie nichts vorhersehen können, was Sie möglicherweise sehen. Was ich für ein realistischeres Szenario halte, ist, dass Sie Ihre Erkundung durchführen und wenn Sie im Verlauf dieser Erkundung ein Signal finden, das (a) nicht leicht durch Physik und Chemie erklärt werden kann oder (b) an Signale erinnert die eng mit der Biologie auf der Erde verbunden sind, dann werden Sie aufgeregt.
Ich kann Ihnen garantieren, dass dann 100 unternehmungslustige Wissenschaftler ins Labor gehen und sehen, wie sie, wenn überhaupt, simulieren können, was Sie sehen - ohne Biologie. Und ich denke, das ist das Richtige. Für Dinge, bei denen so viel auf dem Spiel steht, möchte man so vorsichtig und nüchtern sein, wie Sie nur können. Und das bedeutet sicherlich, viel mehr über die generative Fähigkeit physikalischer und chemischer Prozesse zu wissen, sowohl chemische als auch strukturelle Signaturen in ein Gestein zu implantieren, als wir heute wissen.
Ohne Astrobiologie würde niemand seine Zeit damit verschwenden, diese Dinge zu tun, denn auf der Erde wissen wir, dass es für den größten Teil der Geschichte des Planeten Biologie gegeben hat. Biologie ist überall. Die Biologie spielt eine herausragende Rolle bei den Signalen, die sie Sedimentgesteinen vermittelt. Wer wird also fünf Jahre seiner Zeit als junger Wissenschaftler damit verbringen, mit abiologischen Mitteln ein Signal zu erzeugen, das eng mit der Biologie verbunden ist? Sie wechseln jedoch zum Mars und es gibt noch viel mehr Gründe, dies zu tun.
AM: Wenn einer der MER-Rover einen Felsen fand, der Beweise für die Marsbiologie zu enthalten schien, würde die NASA dann an diesen Ort zurückkehren und ihn nach Hause bringen wollen?
AK: Sie wetten. Abhängig davon, was wir in Meridiani finden - um nicht zu beeinträchtigen, was wir finden - kann es für die NASA entweder zu einem Standort mit sehr hoher Priorität werden, mit anspruchsvolleren Geräten zurückzukehren, und zu einem Standort mit höchster Priorität für die Probenrückgabe. oder wir können es abschreiben.
Das ist der ganze Grund für diese Art von inkrementeller Arbeit. Ich mag die gesamte Architektur des NASA-Plans, Schritt für Schritt vorzugehen, jeden Schritt sorgfältig auszuführen und in Schritt zwei auf dem aufzubauen, was Sie in Schritt eins gelernt haben. Es ergibt Sinn.
AM: Mir ist klar, dass ich Sie bitte, hier zu spekulieren, aber wie stehen die Chancen, dass der Mars einst eine lebende Welt war?
AK: Ich weiß es wirklich nicht. Aber alles, was wir in den letzten Jahren gelernt haben, deutet darauf hin, dass Wasser auf dem Mars eher episodisch als beständig war. Und das senkt die Wahrscheinlichkeit für die Biologie.
Wenn alle 10 Millionen Jahre 100 Jahre lang Wasser auf der Marsoberfläche vorhanden ist, ist dies für die Biologie nicht sehr interessant. Wenn es 10 Millionen Jahre lang vorhanden ist, ist das sehr interessant.
Es ist sicherlich keine Selbstverständlichkeit, dass wir feststellen werden, dass der Mars ein biologischer Planet war. Die Hälfte meines Gehirns versucht immer wieder, einen Prozentsatz herauszuwerfen, und ich weiß, dass dies so bedeutungslos ist - ich denke, ich werde es einfach nicht tun.
Aber ich kann Ihnen sagen, dass eine der besten Chancen, die wir für einige Jahre haben werden, um diese Frage zu beantworten, genau hier in den Eisenvorkommen von Meridiani liegt.
Originalquelle: Astrobiology Magazine
