كشف ماضي المريخ البارد والجليدي في بحث جديد

وجدت دراسة جديدة أدلة مهمة كامنة في تربة الكوكب الأحمر.

الأبحاث الحديثة التي تقارن التربة من الأرض و يوم الثلاثاء كان مناخ المريخ التاريخي باردًا وشبه قطبي، مشابهًا لمناخ نيوفاوندلاند. ركزت الدراسة على المواد غير المتبلورة في تربة غيل كريتر، والتي ربما تم الحفاظ عليها بسبب ظروف الصقيع، مما يوفر رؤى جديدة حول الظروف البيئية المريخية وإمكانيات الحياة فيها.

استكشاف المناخات الماضية على المريخ من خلال تربة الأرض

لقد استحوذت مسألة ما إذا كان المريخ يدعم الحياة على الإطلاق على مخيلة العلماء والجمهور لعقود من الزمن. من الأمور المركزية في هذا الاكتشاف هو اكتساب نظرة ثاقبة للمناخ الماضي لجيران الأرض: هل كان الكوكب دافئًا ورطبًا، وهل كانت المحيطات والأنهار مماثلة لتلك الموجودة على كوكبنا؟ أم أنها كانت باردة وجليدية وبالتالي كانت أقل احتمالا لدعم الحياة كما نعرفها؟

وجدت دراسة جديدة أدلة تدعم هذا الأخير من خلال تحديد أوجه التشابه بين التربة الموجودة على المريخ والمناخ شبه القطبي البارد في نيوفاوندلاند، كندا.

حافة وأرضية حفرة غيل كما تظهر من المركبة الفضائية كيوريوسيتي التابعة لناسا. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

رؤى من تحليل التربة لحفرة العاصفة

الأطروحة نشرت في المجلة اتصالات الأرض والبيئة في 7 يوليو, تم البحث عن تربة على الأرض تحتوي على مواد مماثلة لتلك الموجودة في حفرة غيل على المريخ. غالبًا ما يستخدم العلماء التربة لتصوير التاريخ البيئي لأن المعادن الموجودة يمكن أن تحكي قصة تطور المناظر الطبيعية بمرور الوقت. إن فهم المزيد حول كيفية تشكل هذه المواد يمكن أن يساعد في الإجابة على الأسئلة القديمة حول الظروف التاريخية للكوكب الأحمر. توفر تربة وصخور حفرة غيل سجلاً لمناخ المريخ قبل 3 إلى 4 مليارات سنة، وهو الوقت الذي كان فيه الكوكب يحتوي على مياه وفيرة نسبيًا – وفي نفس الوقت تقريبًا الذي ظهرت فيه الحياة على الأرض.

يقول أنتوني فيلدمان، عالم التربة والجيولوجي الذي يعمل حاليًا في معهد DRI: “إن حفرة غيل عبارة عن حوض بحيرة قديمة، ومن الواضح أن هناك مياهًا هناك. ولكن كيف كانت البيئة عندما كانت المياه هناك؟” ولكن يمكننا أن ننظر إلى الاتجاهات في ظل الظروف الأرضية واستخدامها لمحاولة استقراء الأسئلة المتعلقة بالمريخ.

موقع الدراسة في تابلاندز في نيوفاوندلاند. الائتمان: أنتوني فيلدمان / TRI

التحديات في تحليل الأجسام المريخية

تقوم المركبة الفضائية Curiosity التابعة لناسا باستكشاف Gale Crater منذ عام 2011 واكتشفت كمية كبيرة من مادة التربة تسمى “المواد غير المتبلورة للأشعة السينية”. تفتقر عناصر التربة هذه إلى البنية الذرية المتكررة النموذجية التي تحدد المعادن، وبالتالي لا يمكن وصفها بسهولة باستخدام التقنيات التقليدية مثل حيود الأشعة السينية. على سبيل المثال، عندما يتم إطلاق الأشعة السينية عبر مادة بلورية مثل الماس، فإن الأشعة السينية تتبعثر في زوايا مميزة بناءً على البنية الداخلية للمعدن. ومع ذلك، فإن المواد غير المتبلورة للأشعة السينية لا تنتج هذه “البصمات” المميزة. تم استخدام طريقة حيود الأشعة السينية هذه بواسطة المركبة الفضائية كيوريوسيتي لإثبات أن 15 إلى 73٪ من عينات التربة والصخور التي تم اختبارها في Gale Crater تحتوي على مادة غير متبلورة للأشعة السينية.

يقول فيلدمان: “يمكنك التفكير في المواد غير المتبلورة التي تستخدم الأشعة السينية مثل الجيلي”. “إنه مجرد هذا الحساء من العناصر والمواد الكيميائية المختلفة التي تتقاطع مع بعضها البعض.”

أجرت المركبة الفضائية كيوريوسيتي تحليلات كيميائية على عينات التربة والصخور، ووجدت أن المادة غير المتبلورة غنية بالحديد والسيليكا ولكنها تفتقر إلى الألومنيوم. وبعيدًا عن المعلومات الكيميائية المحدودة، لا يزال العلماء يتساءلون عن ماهية المادة غير المتبلورة، أو ما إذا كان وجودها يشير إلى البيئة التاريخية للمريخ. إن العثور على مزيد من المعلومات حول كيفية تشكل هذه المواد الغامضة واستمرارها على الأرض سيساعد في الإجابة على الأسئلة المستمرة حول الكوكب الأحمر.

دراسات ميدانية تحاكي ظروف المريخ

ذهب فيلدمان وزملاؤه إلى ثلاثة مواقع بحثًا عن مواد غير متبلورة مماثلة للأشعة السينية: سهول متنزه جروس مورن الوطني في نيوفاوندلاند، وجبال كلاماث في شمال كاليفورنيا، وغرب نيفادا. تحتوي جميع المواقع الثلاثة على تربة سربنتينية، توقع الباحثون أن تكون مشابهة كيميائيًا للمادة غير المتبلورة للأشعة السينية في حفرة غيل: غنية بالحديد والسيليكون ولكنها تفتقر إلى الألومنيوم. قدمت جميع المواقع الثلاثة أيضًا نطاقًا من هطول الأمطار وتساقط الثلوج ودرجة الحرارة، مما يمكن أن يساعد في توفير نظرة ثاقبة لنوع الظروف البيئية التي تشكل المادة غير المتبلورة وتعزيز الحفاظ عليها.

وفي كل موقع، قام فريق البحث بفحص التربة باستخدام تحليل حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني النافذ، مما سمح بإلقاء نظرة أكثر تفصيلاً على مواد التربة. أنتجت الظروف شبه القطبية في نيوفاوندلاند مواد مشابهة كيميائيًا لتلك الموجودة في حفرة غيل، والتي كانت تفتقر إلى البنية البلورية. التربة المنتجة في المناخات الأكثر دفئا مثل كاليفورنيا ونيفادا لا تفعل ذلك.

يقول فيلدمان: “هذا يظهر أنك بحاجة إلى الماء لصنع هذه الأشياء”. “لكن يجب أن يكون الطقس باردًا، مع متوسط ​​درجات حرارة سنوية قريبة من درجة التجمد للحفاظ على المواد غير المتبلورة في التربة”.

غالبًا ما تُعتبر المادة غير المتبلورة غير مستقرة نسبيًا، مما يعني أنه على المستوى الذري، لم يتم تنظيم الذرات بعد في أشكالها النهائية شديدة التبلور. يقول فيلدمان: “يحدث شيء ما في الحركية – أو معدل التفاعل – مما يؤدي إلى إبطائها، بحيث يمكن الحفاظ على هذه المواد على المقاييس الزمنية الجيولوجية”. “ما نقترحه هو أن الظروف شديدة البرودة وشبه التجمد هي عامل محدد حركي يسمح لهذه المواد بالتشكل والمحافظة عليها.”

يقول فيلدمان: “تعمل هذه الدراسة على تطوير فهمنا لمناخ المريخ”. “تشير النتائج إلى أن وفرة هذه المادة في حفرة غيل تتوافق مع الظروف شبه القطبية، على غرار ما نراه في أيسلندا على سبيل المثال”.

ملحوظة: أنتوني د. فيلدمان، إليزابيث م. هوسراث، إليزابيث ب. رامبي، فاليري دو، تانيا س. “تسجل المواد غير المتبلورة ذات الأشعة السينية الغنية بالحديد المناخ الماضي واستمرار وجود الماء على المريخ” بقلم بيريدياشكو وكريستوفر ديفيليس وتوماس شارب، 7 يوليو 2024، اتصالات الأرض والبيئة.
دوى: 10.1038/s43247-024-01495-4