Метан

Вперше марсіанський метан зафіксували завдяки наземним спостереженням за допомогою телескопа CFHT у 1999 році, тоді його концентрацію в атмосфері планети оцінили у 10 частин на мільярд. Астрономи заходилися пильнувати метан на Червоній планеті, і в 2009 році група дослідників опублікувала звіт щодо спостережень протягом трьох марсіанських років (або семи земних). За допомогою трьох наземних телескопів науковці мали змогу дослідити близько 90% поверхні планети. Виявилося, що у 2003 стався спалах концентрації метану, його кількість сягнула 45 частин на мільярд. Крім того, тоді астрономи змогли встановити, що шлейфи метану походять з трьох розташованих поблизу точок: височини Arabia Terra, борозен Nili Fossae та темної ділянки Syrtis Major.

Дослідники вирахували, що основний шлейф містив близько 19 тисяч тонн метану і випускав його зі швидкістю 0,6 кілограми на секунду. Це порівняно зі швидкістю виділення цього газу в нафтовому родовищі в каналі Санта Барбари, Каліфорнія. Однак вже навесні 2006 року концентрація метану в усіх трьох шлейфах сягала лише 3 частин на мільярд.

Таким чином, тривалість існування метану в марсіанській атмосфері в залежності від умов виявилася від 4 земних років до приблизно 6 місяців — значно менше, ніж очікувалося. Отже, існують ефективні механізми руйнування метану не тільки завдяки фотохімічним процесам.

24 січня 2014 року NASA повідомили про те, що теперішні дослідження, які виконуються на планеті Марс за допомогою марсоходів «К'юріосіті» та «Опортьюніті» відтепер будуть спрямовані на пошук ознак існування древнього життя, в тому числі біосфери на основі автотрофних, хемотрофних та/або хемолітотрофних мікроорганізмів, а також древніх водойм, в тому числі річково-озерних середовищ (рівнин, пов'язаних із положенням древніх річок чи озер), які могли колись бути придатними для життя. Пошук ознак життєпридатності, тафономії (пов'язана із скам'янілостями) та органічного вуглецю на планеті Марс є зараз першочерговою метою і напрямком діяльності NASA.

Ранні спостереження

Більше двадцяти років тому завдяки наземним спостереженням та даним орбітального апарата «Марс-експрес» астрономи вперше зафіксували метан на Червоній планеті. На Землі цей газ в основному виробляється живими організмами, однак існують і певні геологічні процеси, які можуть його створювати. Звідки ж походить метан на Марсі, лишається невідомим. Більше того, подальші дослідження суперечили одне одному: деякі інструменти фіксували спалахи метану, деякі лише невелику фонову кількість, а деякі взагалі не знаходили жодних слідів цього газу. Nauka.ua розповідає про спроби планетологів розв’язати цю загадку.

Спостереження за допомогою орбітальних апаратів так само були суперечливими. Спектрометр на борту зонда «Марс-експрес» визначив глобальний середній рівень метану в 2004-2010 роках у 15 частин на мільярд. А от за даними апарата Mars Global Surveyor, концентрація метану становила від 5 до 60 частин на мільярд.

Метан (СН4) — це органічна молекула, що складається з одного атому вуглецю та чотирьох атомів водню. Цей безбарвний газ створює сильний парниковий ефект, і в атмосферу Землі він потрапляє в основному завдяки біологічним процесам. Зокрема, метан може виділятися внаслідок розкладання органічної речовини в осадових породах. Крім того, як побічний продукт його виробляють з рослинної речовини прості мікроби, які називаються анаеробними метаногенними археями. Багато з цих мікроорганізмів живуть в травних системах тварин, особливо термітів та корів, та відповідають за метеоризм.

Без участі живих організмів метан утворюється в основному двома шляхами: під час магматичних процесів та у реакціях між водою, газами і породами. Важливими джерелами метану є болота, вулкани, глибоководні термальні джерела та відкладення під антарктичним льодом і арктичною мерзлотою. А ще метан виділяється під час видобутку вугілля і став причиною багатьох трагедій на шахтах, адже за певних пропорцій утворює вибухові суміші з повітрям.

У більшості середовищ на Землі гази, які виникають внаслідок біотичних та абіотичних процесів, змішуються, і розрізнити їх важко. І хоча дослідники впевнені, що термітів чи корів на Марсі точно немає, анаеробні мікроби теоретично можуть тут існувати. Однак, не дивлячись на те, що метан вважається біомаркером, знахідка цього газу на Червоній планеті не може бути доказом життя на ній, адже необхідно довести, що усі інші абіотичні механізми утворення метану тут неможливі.

Лабораторія Червоної планети

Атмосфера Марса розріджена і слабо захищена від впливу ультрафіолетового випромінювання. У результаті фотохімічних процесів молекули метану в такому середовищі могли б проіснувати не довше 340 років. Таким чином, якщо цей газ досі тут присутній, щось постійно поповнює його запаси. То що ж його утворює? Насправді, до остаточної відповіді на це питання ще далеко, однак планетологи пропонують кілька теорій.

Джерела метану можуть знаходитися під поверхнею Марса. Так, він може формуватися в результаті реакцій між вуглекислим газом та воднем у процесі так званої серпентинізації. Вона відбувається, коли породи, багаті на включення мінералу олівіну, взаємодіють з гарячою водою. У результаті утворюється новий мінерал, який називається серпентиніт, та виділяється метан. Також цей газ може утворюватися магматичною дегазацією або внаслідок термічного розкладання древньої органічної речовини. На поверхню метан з підземних джерел буде виходити крізь тріщини. Ще одне можливе пояснення його походження полягає в тому, що метан міг утворитися на Червоній планеті дуже давно та опинитися “у пастці” сполук включення, або клатратів. Тобто, він, ймовірно, просто застряг в інших молекулах чи речовинах, які тепер руйнуються та вивільняють цей газ.

На поверхні планети також існують шляхи утворення метану. Ультрафіолетове випромінювання може не лише знищувати, але й генерувати його. Наприклад, через взаємодію з органічним матеріалом в пилу комет та метеоритів, що потрапляють на Марс.

Однак у всіх цих теорій є свої слабкі місця. Уже принаймні 10 мільйонів років на Марсі відсутній активний вулканізм. Так, орбітальний апарат «Марс Одіссей», обладнаний спеціальним пристроєм для пошуку гарячих точок на поверхні планети, не знайшов жодної ділянки, де температура відрізнялася б принаймні на 50 Кельвінів від фонового значення. Підземні гідротермальні системи, якщо вони існують на Марсі, скоріш за все, матимуть кімнатну температуру, за якої виділення метану малоефективне. Удари комет, метеоритів та міжпланетного пилу також виробляють лише невелику частку цього газу. А збереження значної кількості органічної речовини від вимерлого макроскопічного життя, яке колись могло існувати на планеті, є малоімовірним, враховуючи суворі марсіанські умови.