La matèria orgànica continguda en fangolites marcianes de 3500 milions d’anys d’antiguitat

L’any 1976, dues missions de la NASA, la Viking 1 i la Viking 2 exploraren Mart a través d’un mòdul orbital i d’una estació de superfície. L’estació Viking 1 aterrà a una latitud de 22ºN el 20 de juliol del 1976, i la Viking 2 ho va fer el 3 de setembre a una latitud de 48ºN. Tots dos mòduls continuen instrumental per a realitzar quatre experiments biològics: 1) Un cromatògraf de gasos amb espectrometria de masses capaç d’analitzar els components de sòl marcià; 2) Un experiment de bescanvi de gasos; 3) Un experiment d’alliberament que incubava mostres de sòl marcià amb set nutrients diferents; 4) Un experiment d’alliberament pirolític, que incubava mostres de sòl marcià amb una atmosfera de CO/CO2 marcada amb carboni-14. El primer experiment fou sorprenentment negatiu: no se’n detectà cap substància orgànica malgrat que el nivell de detecció era de de l’ordre de 0,001 ppm. El segon experiment també resultà negatiu, en el sentit que la mostra de sòl marcià no afectà les concentracions de O2, CO2, N2, H2 o CH4. El tercer experiment resultà inicialment positiu, en el sentit que una part dels nutrients marcats amb carboni-14 foren “metabolitzats” a CO2; però en una rèplica posterior fou negatiu. El quart experiment donà negatiu en la Viking 1 i positiu en la Viking 2. Globalment, el fet que el resultat del primer experiment resultés negatiu orientà l’opinió dels experts cap a un resultat negatiu o, en el millor de casos, gens concloent. Des de llavors hi ha hagut altres sondes marcianes. Destacadament, el rover marcià Curiosity ha investigat la presència de matèria orgànica en el sòl. En un article a la revista Science, es reporta per primera vegada una detecció robusta de matèria orgànica en una mostra marciana per part de Curiosity. El context de la detecció fa pensar que som davant de matèria orgànica fossilitzada, amb una antiguitat de 3500 milions d’anys.

Fotografia del Mont Sharp des de la Curiosity

La Mars Science Laboratory i el rover Curiosity

El 26 de novembre del 2011 era llençada des de Cap Canaveral la Mars Science Laboratory (MSL), l’element principal de la qual era el rover Curiosity. El 6 d’agost del 2012, aquest rover aterrava en Aeolis Palus, la regió perifèrica del cràter Gale, situat en la zona equatorial del planeta (4ºS, 137ºE), al nord-oest del Quadrangle Aeolis. El cràter Gale té una antiguitat de 3500-3800 milions d’anys, i hom pensa que poc després de formar-se constituí un llac.

En aquests tres anys marcians, Curiosity ha recorregut una distància de 20 km, realitzant un estudi exhaustiu del clima i de la geologia del cràter Gale.

L’equip Sample Analysis at Mars (SAM), fotografiat l’octubre del 2010

Entre l’instrumental de Curiosity hi ha Sample Analysis at Mars (SAM), equip d’anàlisi de gasos i de substàncies orgàniques en mostres atmosfèriques i de terreny. Consta de tres instruments:
– espectròmetre de masses quadrupol (QMS), per a la detecció de gasos en mostres atmosfèriques. També pot analitzar la fracció gasosa de mostres de sòl escalfades.
– cromatògraf de gasos (GC), per a la separació de gasos. És acoblat a un espectròmetre de masses que cobreix un rang de 2-535 daltons.
– espectròmetre làser ajustable (TLS), per a mesures de precisió d’isòtops d’oxigen i de carboni. S’aplica a analitzar l’origen de gasos atmosfèrics, CO2 i CH4.

Aquests tres instruments són servits per tres subsistemes: 1) un laboratori de separació i processament químic; 2) un subsistema de manipulació de mostres; 2) un subsistema per purgar separadors i analitzadors. Les mostres sòlides arriben en forma de pols després d’haver passat pel molí de trituració.

La primera anàlisi es realitzà el 9 de novembre del 2012. La primera detecció de matèria orgànica era massa fluixa com per descartar que no fos una comintaminació. El desembre del 2014, ja havia ofert dades sobre les fluctuacions de CH4 en l’atmosfera marciana, dades que ara han estat ampliades per Webster et al. (2018). El març del 2015, es detectava la presència de nitrat en mostres de sediments.

La formació de Murray a les Muntanyes Pahrump

L’abril del 2015, la càmera HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter captava les Muntanyes Pahrump, dins de l’àrea del Mont Sharp. En el centre de la imatge apareix requadrat el ròver Curiosity

Les fangolites de la formació Murray, a Pahrump, en el Mont Sharp, dins de les elevacions centrals del cràter Gale, es formaren fa 3500 milions d’anys a partir dels sediments del llac Gale.

Jennifer L. Eigenbrode et al. reporten els resultats de l’anàlisi pirolítica d’aquestes fangolites. En sotmetre aquesta roca sedimentària a un tractament tèrmic (500-820°C), es desprenen gasos que foren analitzats per SAM. Entre els productes detectats pel QMS hi ha un ventall de compostos tiofènics, aromàtics (benzè, toluè) i alifàtics (propà, buté).

Tiofè

Per GC-MS, fou possible de detectar compostos tiofènics, però no pas compostos aromàtics o alifàtics. Eigenbrode et al. (2018) pensen que la presència de sofre en l’estructura dels tiofens ajuda a preservar-los millor.

Parlem de concentracions ben minses. El contingut de carboni orgànic s’estima en uns 50 nanomols (10 ppm). Aquest carboni és incorporat en macromolècules que contenen un 5% de carboni, fonamentalment com a substància sulfo-orgàniques.

Forat resultant d’una presa de mostres per la Curiosity dee fangolita de la formació de John Klein

Les condicions atmosfèriques de Mart són tremendament hostils a la matèria orgànica. Això explica els resultats negatius obtinguts fins ara, i que al capdavall siguem bàsicament davant d’una presència relativament anecdòtica de substàncies orgàniques. Una font d’entrada de substàncies orgàniques en el Mart actual la constitueixen els impactes de meteorits: aquestes substàncies orgàniques són ràpidament degradades per la radiació ultraviolada i constitueixen una font de metà (CH4). El CH4 atmosfèric té uns valors basals, segons el TLS del SAM de la Curiosity, de 410±16 ppb (en termes de volum). Ara bé, aquests valors basals oscil·len estacionalment des de 240 a 650 ppb, cosa difícil d’explicar per la mera degradació per ultraviolat de les substàncies orgàniques del sòl marcià o pel cicle anual de pressions superficials. A més, poden haver-hi puntes temporals en què el CH4 s’eleva fins a 7000 ppb.

Cicle hipotètic del metà en Mart, amb els possibles bescanvis entre atmosfera, litosfera i hidrosfera subsuperficial. Les dades Curiositu conviden a pensar en l’existència de petites fonts localitzades de CH4 atmosfèric, procedents de reservoris de la superfície o de la subsuperfície.

Ara com ara, el més raonable és pensar que el contingut orgànic en aquestes fangolites és d’origen abiòtic. El més remarcable és que s’hagi pogut detectar aquesta matèria orgànica fòssil. Recorda al querogen que trobem en roques sedimentàries de la Terra, el qual probablement gairebé sempre tindria un origen a partir de matèria orgànica biològica (algues, etc.). Però també trobem compostos d’una natura semblant en meteorits carbonacis, de manera que impactes amb aquests meteorits poden ésser l’origen.

Per aclarir l’origen seria convenient poder analitzar aquests compostos orgànics sense passar per la piròlisi. El sistema de preparació de mostres de la Curiosity disposa de nou copes que contenen solvent que atacaria la roca, i alliberaria els compostos orgànics nadius. Futures missions com ExoMars o Mars 2020 permetran l’anàlisi de sediments més profunds, i fins i tot la recol·lecció de mostres que podrien ser transportades fins a la Terra.

Lligams:

Organic matter preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale crater, Mars. Jennifer L. Eigenbrode, Roger E. Summons, Andrew Steele, Caroline Freissinet, Maëva Millan, Rafael Navarro-González, Brad Sutter, Amy C. McAdam, Heather B. Franz, Daniel P. Glavin, Paul D. Archer Jr., Paul R. Mahaffy, Pamela G. Conrad, Joel A. Hurowitz, John P. Grotzinger, Sanjeev Gupta, Doug W. Ming, Dawn Y. Sumner, Cyril Szopa, Charles Malespin, Arnaud Buch, Patrice Coll. Science 360: 1096-1101 (2018).

NASA rover hits organic pay dirt on Mars. Paul Voosen (Science News).

NASA finds ancient organic material, mysterious methane on Mars, comunicat de premsa de la NASA.

Aquesta entrada ha esta publicada en 1. L'Univers. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.