كان الغلاف الجوي للمريخ في وقت مبكر مليئاً بثاني أكسيد الكربون، لكن بمرور الوقت ضعف هذا الغلاف الجوي السميك بشكل كبير. أين ذهب كل هذا الكربون؟ قد تكمن الإجابة في الصخور والمعادن التي تغطي سطح المريخ.

وقد كشف الجيولوجيان جوشوا موراي وأوليفر جاغوتز من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن حل محتمل لهذا اللغز الذي طال أمده. ويشير بحثهم الجديد، الذي نُشر في مجلة Science Advances، إلى أن تغير الصخور الغنية بالحديد والمغنيسيوم على المريخ يمكن أن يكون قد أنتج كميات كبيرة من الميثان اللاأحيائي (غير البيولوجي). وربما يكون هذا الميثان قد أصبح بعد ذلك محتجزاً ومحفوظاً داخل المعادن الطينية عبر القشرة المريخية، وهو ما يمثل خزاناً للكربون لم يكن معروفاً من قبل.

"ويوضح موراي قائلاً: "على الأرض، نعلم أن التغيير الحراري المائي للصخور فائقة الصلابة يمكن أن ينتج الميثان اللاأحيائي. "ونعلم أيضًا أن المعادن الطينية على المريخ، مثل السميكتيت، لديها قدرة عالية على امتصاص وحماية مركبات الكربون العضوي. لذلك أردنا استكشاف ما إذا كانت هذه العملية قد لعبت دوراً رئيسياً في فقدان الغلاف الجوي المبكر للمريخ."

تشير التقديرات إلى أن الغلاف الجوي للمريخ في وقت مبكر كان يحتوي على ما بين 0.25 إلى 4 بار من ثاني أكسيد الكربون - أكثر سمكًا بكثير من 0.054 بارًا الموجود اليوم. وقد حير هذا الترقق الكبير علماء الكواكب لعقود، حيث لا يمكن لنماذج هروب الغلاف الجوي إلى الفضاء أن تفسر الكربون المفقود بشكل كامل.

"يقول جاغوتز: "يكمن التحدي في أن المعدلات المعروفة لفقدان الكربون في الفضاء منخفضة للغاية بحيث لا يمكن تفسير اختفاء هذا القدر الكبير من ثاني أكسيد الكربون. "يجب أن يكون هناك بعض أحواض الكربون الرئيسية الأخرى التي نفتقدها."

أدخل المعادن الطينية. بما أن التفاعلات بين الماء والصخور تُغيّر الصخور الصخرية المائية الغنية بالحديد والمغنيسيوم على المريخ، فإنها يمكن أن تنتج كلاً من السربنتين (معدن سيليكات مائي مخضر) وطين السميكتيت. تتمتع هذه الطين بمساحة سطح عالية بشكل لا يصدق، مما يوفر فرصة كبيرة لامتصاص الجزيئات العضوية وحمايتها.

ويوضح موراي قائلاً: "في الأساس، تؤدي أكسدة الحديد في الزبرجد الزيتوني أثناء عملية السربنتين إلى إطلاق الهيدروجين، والذي يمكن أن يتفاعل بعد ذلك مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين الميثان". "ويمكن أن يصبح هذا الميثان محتجزًا ومحفوظًا داخل الفراغات البينية للمعادن الطينية التي تتشكل."

وباستخدام نموذج توازن الكتلة، يحسب الباحثون أن طبقة عالمية من السربنتين بسماكة كيلومترين فقط يمكن أن تكون قد اختزلت حوالي 5 بار من ثاني أكسيد الكربون الجوي إلى ميثان. كما أن المعادن الطينية التي تتشكل من تغير هذه الصخور الفائقة، وخاصة السميكتايت، لديها القدرة على تخزين كمية مذهلة من هذا الكربون العضوي.

"يقول جاغوتز: "نحن نقدر أن ما بين 0.07 إلى 1.7 بار من ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يكون قد تم عزله في القشرة المريخية في صورة ميثان ممتز. "هذا مخزون ضخم محتمل، يمكن أن يقطع شوطاً طويلاً نحو تفسير الكربون المفقود."

لكن الآثار المترتبة على هذا العمل تتجاوز مجرد دورة الكربون. ويبين الباحثون أيضاً أن تكوين هذا الميثان اللاأحيائي والحفاظ عليه يمكن أن يكون قد أثر بشكل كبير على التركيب النظائري للغلاف الجوي للمريخ مع مرور الوقت.

ويوضح موراي قائلاً: "يتضمن تكوين الميثان بشكل تفضيلي نظير الكربون-12 الأخف وزناً". "لذلك عندما يتحول ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي إلى غاز الميثان ويدفن في القشرة، نتوقع أن نرى ثاني أكسيد الكربون المتبقي من ثاني أكسيد الكربون يصبح غنيًا تدريجيًا بنظير الكربون-13 الأثقل."

في الواقع، تشير نماذج الفريق إلى أنه بالنسبة "لأفضل تقدير" لأحجام الطين، يمكن أن يكون δ13C (نسبة الكربون-13 إلى الكربون-12) في الغلاف الجوي قد تم تخصيبه بنسبة 1.9 إلى 14 لكل مل. وهذا يتماشى بشكل جيد بشكل ملحوظ مع قياسات الغلاف الجوي الحديث للمريخ، والتي تُظهر قيمة δ13C تبلغ 48 لكل مل - وهو ما يبعد كثيراً عن -30 إلى -20 لكل مل المتوقعة لتكوين الوشاح البدائي للكوكب.

ويقول جاغوتز: "إن حقيقة أن نموذج الميثان اللاأحيائي الذي وضعناه يمكن أن يفسر جزءًا كبيرًا من هذا الإثراء النظائري أمر مثير حقًا". "إنه يوفر تفسيرًا محتملاً لهذا اللغز الذي طال أمده في الكيمياء الجيولوجية المريخية."

والأهم من ذلك، لاحظ الباحثون أن تقديراتهم لحجم خزان الكربون العضوي متحفظة. فالمعادن الطينية، وخاصة السميكتيت، لديها قدرة أكبر على امتصاص وحماية الجزيئات العضوية القطبية بما يتجاوز الميثان فقط.

ويوضح موراي: "الميثان مركب بسيط نسبيًا وغير قطبي". "ولكننا نعلم أن الأحجار الطينية في المريخ تحتوي على بصمات عضوية أكثر تعقيداً. وإذا كانت هذه الأنواع من المركبات مستقرة أيضًا على الأسطح الطينية، فقد يكون إجمالي مخزون الكربون العضوي أكبر من ذلك."

وينطوي ذلك على آثار مثيرة للاهتمام، ليس فقط لفهمنا لماضي المريخ، ولكن أيضًا للاستكشاف المستقبلي والاستخدام المحتمل للموارد. وإذا كانت كميات كبيرة من الكربون العضوي محتجزة بالفعل في القشرة المريخية، فيمكن أن توفر مصدر وقود قيّم للبعثات الروبوتية والبشرية في المستقبل.

"يقول جاغوتز: "الميثان هو وقود دفع مفيد للغاية للمركبات الفضائية. "وإذا تمكنا من الاستفادة من احتياطيات الكربون العضوي المدفونة هذه، فقد يقلل ذلك بشكل كبير من كمية المواد التي نحتاج إلى إطلاقها من الأرض لدعم استكشاف المريخ على المدى الطويل."

علاوة على ذلك، ألقت النتائج التي توصل إليها الفريق أيضًا ضوءًا جديدًا على العمليات الأساسية التي تشكل قابلية الكواكب الصخرية للسكنى على نطاق أوسع. على الأرض، يرتبط تدوير الكربون بين الغلاف الجوي والمحيطات والقشرة الأرضية ارتباطًا وثيقًا بعملية الصفائح التكتونية - وهي عملية تجدد السطح باستمرار وتعيد تدوير الكربون.

ولكن يبدو أن المريخ، الذي يفتقر إلى الصفائح التكتونية النشطة، قد طور دورة كربون مختلفة تماماً. فهنا، ربما مثّل تغير الصخور فائقة الصلابة وما تلاه من احتباس الكربون العضوي في المعادن الطينية حوضاً شبه دائم، مع ما يترتب على ذلك من آثار على تطور مناخ الكوكب.

"يقول موراي: "ما نراه على المريخ هو لقطة لما يمكن أن يحدث على كوكب صخري بدون تكتونيات الصفائح. "قد يكون امتزاز الكربون العضوي على الأسطح الطينية عملية أساسية في تطور الغلاف الجوي للكواكب، وهي عملية مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بطبيعة جيولوجيا الكوكب."

وهذا بدوره له آثار عميقة على البحث عن الحياة في أماكن أخرى من الكون. ففي نهاية المطاف، يعد الحفاظ على المركبات العضوية شرطاً أساسياً لظهور واستمرار الحياة. وعلى عالم غير نشط تكتونيًا مثل المريخ، قد يمثل الكربون العضوي المحمي بالمعادن أحد السبل القليلة لمثل هذا الحفظ.

"يقول جاغوتز: "إذا وجدنا دليلاً على وجود جزيئات عضوية معقدة في الأحجار الطينية المريخية، فقد يكون ذلك علامة محيرة على أن الحياة ربما تكون قد ترسخت هناك ذات يوم. "ولكن حتى في غياب علم الأحياء، فإن هذه المستودعات العضوية اللاأحيائية رائعة في حد ذاتها، حيث توفر نافذة على التطور المبكر للكواكب الأرضية."

ومع استمرار المركبة بيرسيفيرانس في استكشاف فوهة جيزيرو واستمرار المركبة كيوريوسيتي في الكشف عن توقيعات عضوية جديدة، فإن البحث عن الكربون المريخي لا يزال في بدايته. ولكن مع هذا النموذج الجديد لإنتاج الميثان اللاأحيائي وامتصاص المعادن الطينية، أصبح لدى علماء الكواكب الآن إطار عمل قوي لفهم كيف يمكن أن يكون مصير هذا الكربون قد حدث على مدى مليارات السنين.

"ويختتم موراي قائلاً: "المريخ هو هذا المختبر الطبيعي المذهل لدراسة التطور المشترك لجيولوجيا الكوكب ومناخه وإمكانية الحياة فيه. "ومن خلال الكشف عن الرقصة المعقدة بين الماء والصخور والكربون، فإننا نقترب من تجميع قصة المريخ الرائعة."

المرجع (المراجع)

1. موراي وجاغوتز، Sci. Adv. 10, eadm8443 (2024) 25 سبتمبر 2024

انقر على TAGS للاطلاع على المقالات ذات الصلة :

مارس