盖尔陨石坑的碳酸盐矿物揭示了古代火星的气候

碳酸盐矿物在古环境研究中尤为受人关注，因为它们是碳和水循环不可或缺的一部分，而碳和水循环都与宜居性有关。在一项新研究中，行星科学家重点研究了 NASA 的“好奇号”火星车在火星盖尔陨石坑内探测到的碳酸盐矿物的碳和氧同位素测量结果。

同位素是元素的不同版本，但质量不同。随着水的蒸发，碳和氧的轻版本更有可能逃逸到大气中，而重版本则更多地被留下，并积累成更高的丰度，在这种情况下，最终被纳入碳酸盐岩中。

科学家对碳酸盐感兴趣是因为它们已被证明具有作为气候记录的能力。

这些矿物质可以保留其形成环境的特征，包括水的温度和酸度以及水和大气的成分。

美国宇航局戈达德太空飞行中心研究员大卫·伯特博士说：“这些碳酸盐的同位素值表明蒸发量极大，这表明这些碳酸盐很可能是在只能支持短暂液态水的气候下形成的。”

“我们的样本与火星表面存在生命的古老环境(生物圈)不一致，尽管这并不排除在这些碳酸盐形成之前存在地下生物圈或地表生物圈的可能性。”

伯特博士和他的同事提出了盖尔陨石坑发现的碳酸盐的两种形成机制。

在第一种情况下，碳酸盐是通过陨石坑内的一系列干湿循环形成的。

第二种情况是，碳酸盐是在陨石坑内寒冷、结冰(低温)条件下的极咸水中形成的。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的詹妮弗·斯特恩博士说：“这些形成机制代表了两种不同的气候状况，可能带来不同的宜居情景。”

“干湿循环表明宜居环境与不宜居环境之间会不断交替，而火星中纬度地区的低温则表明火星环境不太适宜居住，那里的大部分水都被封在冰中，无法进行化学或生物活动，而且那里的水非常咸，不适合生命生存。”

这些古代火星的气候情景之前就已经被提出过，基于某些矿物的存在、全球规模的建模以及岩层的识别。

该结果首次增加了来自岩石样本的同位素证据来支持这些场景。

火星碳酸盐中的重同位素值明显高于地球碳酸盐矿物的重同位素值，并且是火星物质中记录的最重碳和氧同位素值。

事实上，干湿气候和冷咸气候都是形成富含重碳和氧的碳酸盐所必需的。

伯特博士说：“这些碳和氧同位素的值高于地球或火星上测量到的任何其他值，这一事实表明一个过程(或多个过程)正在走向极端。”

“虽然蒸发会导致地球上氧同位素发生显著变化，但本研究中测得的变化是其两到三倍。”

“这意味着两件事：(i)极端程度的蒸发导致这些同位素值如此之重;(ii)这些较重的值被保存了下来，因此任何产生较轻同位素值的过程的幅度都必须小得多。”

该团队的论文本周发表在《美国国家科学院院刊》上。