19 september 2018

Zoektocht naar fossielen op Mars helpt Mars 2020 en ExoMars missies

Fossielen en het fossilisatie proces worden als onderzoeksveld gebruikt in de zoektocht naar sporen van leven op Mars. Recent is hier een uitgebreide studie van verschenen uitgevoerd door een planetair onderzoeksteam van Dr. Susan McMahon van de Universiteit van Edinburgh. De bevindingen moeten de Mars 2020 sample return missie en ESA’s ExoMars helpen met het aanwijzen van mogelijke vindplaatsen.

Arabia Terra verbindt de zuid- en noordelijke hooglanden van Mars credits; Phys.org

Hoe, waar en of fossielen en andere biosignaturen behouden zouden kunnen zijn gebleven in het afzettingsgesteente op Mars waren de vragen waartoe het artikel ‘A fossile field guide to Mars’*  geleid heeft, uitgevoerd o.l.v. Dr. Susan McMahon van de Universiteit van Edinburgh en bestaand uit een team van onderzoekers van o.a. Caltech, MIT en JPL. Een biosignatuur, ook wel een chemisch of moleculair fossiel genoemd, is elke stof – zoals een element, isotoop, molecuul of fenomeen – die wetenschappelijk bewijs levert van leven zowel in het verleden als het heden.  Diepgaand onderzoek is gedaan in allerlei typen gesteenten, zouten en mineralen.  De (voorlopige) conclusie was dat ijzer dragende kleirijke in zogenoemde ‘fluvio lacustrine deposits verrijkt in silica’ de meest veelbelovende plekken zijn voor  paleontologisch onderzoek. Deze ‘lacustrine deposits’ zijn afzettingsgesteenten die gevormd zijn op de bodem van oude meren waarvan het gemeenschappelijk kenmerk is dat rivieren of stromingen sedimenten in het bassin hebben gebracht. Silica is een harde, niet-reactieve, kleurloze verbinding die voorkomt als het mineraal kwarts en als een hoofdbestanddeel van zandsteen en andere gesteente. Bij de zoektocht naar organische fossiel restanten worden hoofdzakelijk drie informatie bronnen gebruikt, geochemische data uit eerdere missies, de fossielen databank op aarde, en verkregen resultaten uit experimentele studies. IJzer-rijke rotsen bij oude rivier- en meerbeddingen op Mars zijn dus de beste plekken om naar fossielen als bewijs van leven van miljarden jaren geleden terug te zoeken alsook sporen van primitieve levensvormen waaronder microben. Het gesteente bevat veel ijzer en silica, dat helpt bij fossiel  conservatie. Het werd gevormd in de Martiaanse Noachiaanse en Hesperiaanse periodes** zo een 3 à 4 miljard jaar geleden. In die periode was het oppervlak van Mars rijk aan water, dat mogelijk leven kon bevatten.

Geologische tijdbalk Mars credits; wikipedia

Daar Mars geen platentectoniek kent zijn de rotsen beter geconserveerd. Het team onderzocht de nieuwste studies van aardse fossielen en lab experimenten die de Mars condities nabootsten om de meest veelbelovende sites af te speuren naar sporen van leven. De NASA missie Mars 2020 zal rotsmonsters verzamelen om naar de aarde te worden teruggezonden voor analyse. ExoMars, en soortgelijke missie onder leiding van ESA, is ook gepland in de komende jaren. Deze studie zou kunnen helpen bij de selectie van landingsplaatsen voor beide missies alsook bij het identificeren van de beste plaatsen om rotsmonsters te verzamelen. De studie is in mei gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research. Mochten er fossielen of fossielresten gevonden worden dan zal dit vast voer zijn voor nieuw filmmateriaal, een Jurassic-park ‘Mars’ edition kan dan haast niet uitblijven. Bronnen; McMahon / Advancing Earth and Space Science / Geophysical Research Journal / Introduction to Astrobiology Oxford / Inside out exo-planets

*https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2017JE005478 A Fossile Field Guide To Mars, S. McMahon e.a.

**. naast deze tijdschaal indeling is er nog een andere, in drie tijdvakken. Jean-Pierre Bibring  gebruikte minerale metingen om drie leeftijden van de omgeving van Mars te definiëren. Het Phyllocian, met een overvloed aan kleirijke mineralen die alkalisch water nodig hadden. Periode, 4,5 miljard  tot 4 miljard jaar geleden. Overvloedige sulfaatafzettingen markeert het tijdperk Theiikianen en vulkaanuitbarstingen gaven de planeet een grimmig uiterlijk. Zwaveldioxide met water vormden de basis voor de sulfaatafzettingen. En het Siderikan, die 3,5 miljard jaar geleden begon tot heden. Mars werd ijskoud, vulkanisch inactief en het grootste deel van het water verdween. Wat overblijft is bevroren aan de polen. Langzame vorming van  rode ijzeroxiden van Mars werd veroorzaakt door peroxiden in de dunne atmosfeer.

Valles Marineris vulkanische regio credits; L.David

Lange zoektocht naar  fossiel(resten) op Mars.

Het is een van de grootste uitdagingen van deze tijd om levenstekenen op Mars te vinden. Lage temperatuur en druk, intense ioniserende straling, oxiderende bodemchemie en lage thermodynamische wateractiviteit verminderen de mogelijkheid van leven aan het oppervlak van Mars aanzienlijk. In de Noachiaanse en Hesperiaanse Periodes van de Martiaanse geschiedenis (4-3 mljrd jr. gel.) waren er waarschijnlijk veel mildere omstandigheden, waaronder wijdverspreid vloeibaar water aan de oppervlakte.  Uitgestrekte valleien en sedimentaire gesteenten die zijn neergelegd in deze Noachiaanse/Hesperiaanse gesteenten worden al lang aanbevolen als een doelwit voor fossielen. Op aarde worden fossielen bewaard als afgietsels of vormen in sediment, als organisch materiaal of als stabiele isotopische biosignaturen. Orbitale gegevens onthullen rivier netwerken die zich over duizenden vierkante kilometers uitstrekken, paleomeren en delta’s die deze meren binnenkomen, vormen een afspiegeling  van aanhoudende neerslag en ondergronds watertransport tijdens de Noachiaanse en Hesperiaanse periodes. Bij de Gale Crater, heeft de Curiosity, het sedimentaire afzettingsgesteente verkend van een vroeg-Hesperiaanse paleomeer. De aanwezigheid van vloeibaar water aan het oppervlak gedurende deze tijdsduur impliceert een dichtere atmosfeer, die ook het stralingsniveau had moeten reduceren. Dergelijke waterrijke gebieden kunnen het microbiële leven hebben gehuisvest en zo fossiel(resten) geconserveerd.

Sedimentair gesteente, zouten en silica

Er is naar fossiel(resten) gezocht in verschillende typen gesteenten.
a.  In poriën in diepgelegen basalt rotsen, waar mogelijk vloeibaar water stroomt(de) door geothermale hitte. Bij subterraan hydrothermale activiteit kunnen er op aarde staafvormige structuren gemineraliseerd in basalt voorkomen. Deze zijn bewaard in ijzerhoudend klei waarvan sommige structuren gemineraliseerd zijn in zuurstofloze condities. Voor Mars zijn het vinden van fossiel(resten) van chemoautotrofe (chemoautotrofen zijn cellen die hun eigen energie en biologische materialen van anorganische chemicaliën creëren) organismen in eendere basaltstructuren van belang.

b. Ten tweede keek men naar de zogeheten evaporiet (de term voor een in water oplosbaar mineraal sediment dat resulteert uit concentratie en kristallisatie door verdamping uit een waterige oplossing) zouten. Calcium, magnesium, ijzersulfaten en  chlorides zijn wijdverbreid aanwezig in zogeheten ‘Noachiaanse en Hesperiaanse terreinen’, of geologische units van gesteente uit deze perioden. Deze evaporiet mineralen hebben het potentieel organismen te conserveren als organische fossielen die duidelijk zichtbaar zijn in doorvallend licht. Meer onderzoek moet worden uitgevoerd naar aanwezigheid van  fossielen in evaporieten voordat  deze mineralen in de landings-selectie van potentiële vindlocaties wordt opgenomen. 

c. Ten derde is naar fosfaten en carbonaten gekeken(zout of ester van diwaterrstofcarbonaat, koolzuur), de aanwezigheid van carbonaten in gesteente is vaak een sterke aanwijzing voor vloeibaar water. Bepaalde type fosfaten, en in mindere mate carbonaten, zijn belangrijke bronnen van goed bewaarde fossiele microben en organische stoffen op aarde. Helaas zijn vergelijkbare afzettingen nog niet geïdentificeerd op Mars. Kleine hoeveelheden fosfor zijn gedetecteerd in de Gale Crater,

d. Hydrotermale systemen, zowel op als onder het paleo-oppervlak (een paleo-oppervlak is een oppervlak gemaakt door erosie van aanzienlijke oudheid. Ze kunnen vlak zijn of met aanzienlijk reliëf) zijn al lang erkend als mogelijke locaties met het potentieel om fossielen te behouden met name in de Noachiaanse gebieden. 

e.  Bepaalde type zee cherts (chert is een hard, fijnkorrelig sedimentair gesteente bestaande uit kristallen van kwarts (silica) die erg klein zijn.  Kwarts (siliciumdioxide) is de minerale vorm van siliciumdioxide (SiO2).  Chert is meestal van biologische oorsprong, en zijn de versteende overblijfselen van siliciumhoudend slijk, bedekt delen en kan silicium-skeletresten van microben bevatten.) op aarde, die een product zijn van amorf (zonder duidelijke structuur) siliciumdioxide dat is geprecipiteerd op of net onder de zeebodem, vertegenwoordigen een belangrijke bron van goed bewaarde microfossielen, met name uit het Precambrium.Dergelijke silica-rijke gesteenten op aarde, vooral waar het amorfe gehalte hoog is, kan een goede conservatie van cellen en kolonies zijn.  Op Mars wordt verondersteld dat de waterige verandering van de basaltische korst overvloedige silica heeft geleverd aan rivieren en meren. Siliciumdioxide is waargenomen o.a. in goed gestratificeerde afzettingen grenzend aan de Valles Marineris canyon.

Conservatie en verder onderzoek

Organische moleculen werden recent gedetecteerd op het niveau van delen per miljard op het oppervlak van Mars, in overeenstemming met de verwachting dat sporenhoeveelheden in de grond aanwezig zouden moeten zijn als gevolg van meteorietinslagen. Curiosity’s Radiation Assessment Detector-instrument toonde dat het huidige stralingsniveau voldoende is om 99,9% van biomoleculen van 100-atomaire massaeenheden in de bovenste 4-5 cm binnen 650 miljoen jaar te vernietigen. Een alternatieve benadering is om bodemmonsters te nemen van onder de bestraalde zone; de  ExoMars rover zal hiervoor een boor van 2 m dragen. Boren tot veel grotere diepten, 1 km, zou nodig zijn om toegang te krijgen tot oud permafrost waterijs dat niet wordt beïnvloed door gebeurtenissen in het verleden, die cryobewaarde biomoleculen of zelfs cellen zouden kunnen bevatten. Een dergelijke onderneming is momenteel niet gepland. 


Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.