Afbeelding tegoed: ESA
Astrobiology Magazine (AM): De eerste reeks afbeeldingen van Meridiani Planum, met fijn gelaagde gesteenten, hebben wetenschappers behoorlijk opgewonden. Wat zijn je eerste indrukken?
Andrew Knoll (AK): We weten al enkele jaren, uit orbitale gegevens, dat er gelaagde rotsen op Mars zijn, maar Opportunity geeft ons onze eerste kans om daadwerkelijk rechtstreeks op sommige van deze rotsen te gaan werken in een ontsluiting. Voor geologen kun je het belang daarvan niet genoeg benadrukken.
Het feit dat ze een soort van tabel zijn, suggereert dat het ofwel vrij dunne vulkanische afzettingen of sedimenten zijn. En het vooruitzicht van het hebben van in situ sedimentaire gesteenten op Mars die we kunnen opgaan en ondervragen, gaat wat mij betreft over een best-case scenario.
AM: Wat als het vulkanische asafzettingen blijken te zijn? Zal dat een minder interessant scenario opleveren?
AK: Helemaal niet. Ik denk dat een van de grote vragen is: wat zijn de overheersende processen die aanleiding hebben gegeven tot gelaagde rotsen op Mars? Er is geen reden om aan te nemen dat elke gelaagde rots op Mars zich op dezelfde manier heeft gevormd als die waar Opportunity voor zit. Maar om te weten hoe een van die gelaagde rotsen is gevormd, zal een stap in de goede richting zijn.
We zullen ook snel weten of het hematiet-signaal in Meridiani dat vanuit de ruimte werd gedetecteerd, in die rotsen verblijft. Onthoud de reden dat we bij Meridiani Planum zijn, vanwege dit sterke signaal voor een bepaalde vorm van ijzeroxide, hematiet genaamd. Het is heel moeilijk om na te denken over het maken van hematiet zonder enige interactie van vloeibaar water met rotsen. Dus zelfs als het een vulkanisch gesteente is, zal het ons denken over een van de interessantste chemische afwijkingen op aarde helpen beperken.
AM: Er is een rivier in Spanje, de Rio Tinto, waar je al een tijdje onderzoek hebt gedaan. Je hebt gesuggereerd dat de manier waarop de ijzermineralen in Rio Tinto in de loop van de tijd zijn afgebroken en getransformeerd, enig licht zou kunnen werpen op hoe het hematiet in Meridiani is gevormd. Kunt u het verband uitleggen?
AK: Laat ik bij het begin beginnen. De manier waarop we denken over de interpretatie van ijzer op Mars zal worden geïnformeerd door onze ervaring met geoxideerd ijzer op het aardoppervlak. Er zijn een aantal manieren waarop ijzerafzettingen op onze planeet zijn ontstaan. Het kan zijn dat niemand van hen een exacte analoog zal zijn voor wat er op Mars is gebeurd. Maar elk van hen kan een heleboel informatie geven die ons zal helpen na te denken over Mars.
Nu is Rio Tinto een zeer interessante plaats. Het ligt in het zuidwesten van Spanje, ongeveer een uur ten westen van Sevilla, misschien nog een uur ten oosten van de Portugese grens. Rio Tinto is eigenlijk van historisch belang voor mensen in Amerika sinds Columbus in 1492 vertrok vanuit een haven aan de monding van de Rio Tinto. Maar het is ook interessant voor geologen in de mijnbouw, omdat het in ieder geval sinds de tijd van de Romeinen een mijn is geweest.
Wat daar wordt gewonnen, is ijzererts. Ongeveer 400 miljoen jaar geleden vormden hydrothermale processen deze ijzerertsafzettingen. Meestal is het ijzer in de vorm van ijzersulfide of dwaasgoud. Het is een zeer rijk erts. Terwijl regenwater door deze afzettingen naar beneden sijpelt, oxideert het het pyriet en gebeuren er twee dingen. Ten eerste vormt het zwavelzuur. Het water in de rivier heeft dus een pH van ongeveer 1; het is erg zuur. En twee: het ijzer wordt geoxideerd. Het water heeft dus ongeveer de kleur van robijnen, omdat dit ijzer rondgedragen wordt.
Wat interessant is, is dat als je kijkt naar de afzettingen die zich vandaag vormen uit de Rio Tinto, het meeste ijzer eruit komt als ijzersulfaatmineralen, dat wil zeggen een combinatie van ijzer, zwavel en zuurstof; en een klein deel ervan komt naar buiten als een mineraal dat goethiet wordt genoemd, dat is ijzer gemengd met zuurstof en een klein beetje waterstof. Goethiet is eigenlijk roest.
Dat is niet wat je ziet bij Meridiani op Mars. Maar wat interessant is aan de Rio Tinto-aanbetaling, is dat dit proces al minstens 2 miljoen jaar plaatsvindt. En er is een reeks terrassen die ons een idee geven van wat er in de loop van de tijd met deze afzettingen gebeurt.
Wat we zien is dat na slechts een paar duizend jaar alle sulfaatmineralen zijn verdwenen en dat al het ijzer in dit materiaal goethiet wordt genoemd. Maar als je naar oudere en oudere terrassen gaat, tegen de tijd dat je terrassen bereikt die 2 miljoen jaar oud zijn, is veel van dat goethiet vervangen door hematiet, het mineraal op Mars. En het is een vrij grofkorrelig hematiet, wat we ook zien op Mars.
Dus het eerste dat we bij Rio Tinto leren, is dat je niet alleen hoeft na te denken over processen die vanaf het begin grofkorrelig hematiet afzetten. Het kan ontstaan tijdens wat geologen diagenese noemen. Dat wil zeggen, het kan worden gevormd door processen die de rotsen in de loop van de tijd beïnvloeden, en het kan dat zelfs bij lage temperaturen en zonder diep begraven te worden en onder hoge druk te staan. Dus in die zin laat Rio Tinto ons een andere manier zien waarop het hematiet in Meridiani daar terecht had kunnen komen. Het breidt de opties uit die we overwegen.
AM: Wanneer geologen dingen zeggen als 'lage temperatuur', bedoelen ze vaak iets anders dan de rest van ons.
AK: Als ik 'lage temperatuur' zeg, heb ik het over de temperaturen die jij en ik dagelijks ervaren, kamertemperatuur. Ik denk dat het meeste grondwater van Rio Tinto tussen de 20 en 30 graden Celsius is, misschien 70 tot 80 graden Fahrenheit.
AM: Verandert de textuur van het gesteente in de loop van de tijd terwijl een mineraal het proces van diagenese doorloopt?
AK: Ja dat doet het. Hoewel het interessant is, is dat hoewel textuur op het niveau van wat de microscopische imager kan zien, zeker verandert door de diagenetische geschiedenis, grotere kenmerken van afzetting die je zou zien als je de ontsluiting met Pancam goed bekijkt, persistent lijken. Dus hoewel de rots door deze veranderingen gaat, behoudt hij sedimentaire handtekeningen van zijn formatie, wat opwindend is. Dat is belangrijk.
AB: Je zegt dat je bij Rio Tinto een stuk van 2 miljoen jaar kunt zien dat je het diagenetische proces in de tijd laat zien. Maar de ontsluitingen die Opportunity bij Meridiani heeft gezien, kunnen 2 miljard jaar oud zijn. Zouden ze na die lange tijd nog nuttige informatie bewaren?
AK: Dit is het goede nieuws over geologie: met name voor sedimentair gesteente ondergaan de meeste veranderingen die een gesteente ondergaat al heel vroeg in zijn geschiedenis. Tenzij een rots metamorfisme ondergaat, begraven wordt en wordt blootgesteld aan hoge drukken en temperatuur, stabiliseert het binnen hoogstens een paar miljoen jaar na zijn vorming in een vorm die het voor onbepaalde tijd zal behouden.
Ik werk, in mijn dagelijkse baan, op Precambrian rotsen op deze planeet. En ik kan je garanderen dat als ik kijk naar een sedimentair gesteente dat een miljard jaar oud is, de meeste veranderingen die dat gesteente onderging, plaatsvonden binnen de eerste 200 duizend jaar van zijn leven. En dan stabiliseert het en wacht gewoon op een geoloog.
AM: En we hebben geen reden om te geloven dat de fysica zich anders gedraagt op Mars?
AK: Dat is wat we voor ons doen. Ik heb dit eerder gezegd in termen van astrobiologie: als je op zoek bent naar leven buiten onze planeet, heb je geen zekerheid dat de biologie ergens anders hetzelfde zal zijn als hier. Maar je hebt vrij goede zekerheid dat natuurkunde en scheikunde hetzelfde zullen zijn.
AM: Een deel van wat Meridiani interessant maakt, is dat het anders is dan zowat elke andere plek op Mars. Zelfs als je de geschiedenis van Meridiani kunt achterhalen, in hoeverre kun je die kennis dan generaliseren naar Mars als geheel?
AK: Ik denk dat het de manier waarop we over Mars als een hele planeet denken zeker zal beperken. Het kan zijn dat Gusev, in termen van de algehele chemische en rotssignatuur van Mars, een beter Mars-oppervlak met een standaarduitgifte zal blijken te zijn. Dat wil zeggen, het grootste deel van Mars - in feite bijna heel Mars - is bedekt met basalt en vervolgens bedekt met fijn stof. En dat is wat we zien bij Gusev.
Nu blijkt dat als je het signaal van hematiet weghaalt van de handtekeningen van oppervlaktematerialen in Meridiani die we uit de ruimte hebben gekregen, het ook voornamelijk basalt is. Het is dus geen volledig abnormaal deel van de planeet. Het lijkt een representatief deel van de planeet in hart en nieren, met dit unieke hematiet-signaal erop gelaagd.
Een van de kenmerken van de Meridiani-ijzerafzetting is dat het, hoewel het lokaal is met betrekking tot de hele planeet, geografisch wijdverbreid is omdat je duizenden vierkante kilometers hebt die deze handtekening geven.
Veel mensen denken dat hydrothermale processen en grondwaterprocessen slechts kleine lokale ijzersignalen zullen geven, maar in feite gaan de hematietrijke lagen in de Rio Tinto-afzetting duizenden vierkante kilometers mee. Omdat deze grondwaters zich in een laag over een groot gebied verspreiden.
Dus de Rio Tinto-ijzerafzettingen doen verschillende dingen die we in gedachten moeten houden bij Meridiani. Ze combineren oude hydrothermale en jongere processen bij lage temperaturen; ze hebben water nodig; ze kunnen laagvormend zijn; en ze kunnen wijdverbreid zijn.
Ze zijn niet de enige reeks processen die dat op welke manier dan ook kunnen. Ik ben niet bijzonder bevooroordeeld ten gunste van Rio Tinto als een betere analoog van Meridiani dan wat dan ook. Ik denk gewoon dat we bij het verkennen van deze verkenning in ieder geval zoveel mogelijk verschillende producten en processen die met ijzer te maken hebben in ons geheugen moeten bewaren.
Alle verschillende instellingen voor ijzerafzetting en ijzerafzettingsprocessen die we op deze planeet zien, bevatten chemische en textiele signalen die Opportunity op Meridiani zou kunnen detecteren. We kunnen die vergelijkingen gebruiken om ons te helpen achterhalen hoe het Meridiani-hematiet is gevormd.
AM: Een van de intrigerende aspecten van Rio Tinto als onderzoekssite is dat, hoewel het water in de rivier zeer zuur is, er bacteriën in leven. Als je naar de oude hematietafzettingen in die regio kijkt, zie je dan fossiele bacteriën?
AK: Jawel. Sterker nog, een van de dingen die me aantrok om met mijn Spaanse collega's samen te werken, was niet dat het tegenwoordig een rare omgeving is. Hoewel het leuk is om vandaag geïnteresseerd te zijn in het leven aan de rand van het milieu, komt het meeste leven - en veel van wat je vandaag over biologie kunt leren - van gewone organismen die in gewone omstandigheden leven. Dat is waar 99 procent van de diversiteit van het leven is.
Aan de andere kant is er een geweldige vraag die gesteld kan worden bij Rio Tinto. We kunnen zien dat de processen die de Rio Tinto-ijzerafzettingen vormden, gaande zijn; we kunnen de chemische processen zien; we kunnen zien wat biologie is in de omgeving. Maar de echte vraag die men in gedachten wil houden als hij aan Meridiani denkt, is: welke handtekeningen van die biologie worden eigenlijk bewaard in diagenetisch stabiele rotsen?
Een daarvan is dat. Als je het geluk had om toegang te hebben tot een microscoop - dit zou waarschijnlijk een resolutie hebben die verder gaat dan je zou verwachten van de microscopische imager - zou je individuele microbiële filamenten kunnen zien die prachtig bewaard zijn gebleven. Dat is dus het eerste goede nieuws dat diagenetisch gestabiliseerd ijzer een microscopische afdruk van de biologie kan behouden.
Het betere nieuws is dat er twee kenmerken van de biologie zijn die behouden blijven in de meer oogbal-achtige texturen in deze rotsen.
Een daarvan is dat je soms kleine belletjes krijgt als gevolg van gasuitstoot uit de stofwisseling. En sommige daarvan zullen zelfs met ijzermineralen worden bedekt en kunnen door diagenese worden bewaard. En dat geldt vrijwel voor de meeste sedimentaire gesteenten die we in de geologische kolom vinden. U kunt geconserveerde gasruimten krijgen en die gasruimten worden steevast geassocieerd met biologische productie van gassen.
AM: Hoe vaak?
AK: In onze ervaring op aarde is het vrijwel 100 procent. Wat je zou willen vragen is: welke andere processen dan biologie kunnen gassen in een sediment op een planeet veroorzaken? Dat is iets waar je experimenten mee kunt doen. Ik weet niet of iemand de moeite heeft genomen om ze op deze planeet te doen. Omdat, eerlijk gezegd, biologie zo doordringend is dat dat sowieso het belangrijkste spel in de stad is. Maar je zou de experimenten kunnen doen.
Het andere, waar ik nog sterker over voel, is dat, wanneer er microbiële populaties zijn, ze vaak deze prachtige groepen filamenten vormen die zich gewoon over het oppervlak uitstrekken. Ze lijken bijna op de manen van een paard. Het mooie is dat wanneer mineralen in deze omgevingen worden afgezet, ze in feite op deze snaren filamenten kiemen en je prachtige sedimentaire texturen krijgt die er weer uitzien als de manen van een paard.
Je kunt ze zien in Yellowstone Park, in zowel kiezelhoudende als carbonaat-precipiterende snaren. Als je naar plaatsen als Mammoth Springs gaat, kun je het vandaag zien gebeuren. En als je het achterland binnenwandelt, zie je daar oude voorbeelden van, prachtige handtekeningen bewaard in de rots.
In Rio Tinto zie je ijzerafzetting op deze filamenten; en op de 2 miljoen jaar oude terrassen zie je deze draadvormige ijzeren texturen. En nogmaals, ik ken geen ander proces dan biologie dat deze zou kunnen vormen. Dus dat is echt iets om je ogen op te letten wanneer je naar een neergeslagen rots op Mars kijkt.
AM: En je kon deze zien met Pancam?
AK: Als je een Pancam naar Rio Tinto of Yellowstone Park zou nemen, zouden ze op je springen. Absoluut.
AM: Als blijkt dat het gesteente op de landingsplaats Opportunity bestaat uit sedimentaire afzettingen, betekent dit dan dat er bij het leggen van die sedimenten vloeibaar water rond moest zijn?
AK: Zeer waarschijnlijk.
AM: Dus als ze sedimentair waren en Pancam een soort textuur zag die op aarde indicatief is voor biologie, zou dat dan betekenen dat Opportunity bijna het bewijs van leven op Mars had gevonden?
AK: Dat zijn grote ifs, maar het zou een grote dag worden.
Laten we even een back-up maken, want het gaat in op een beetje filosofie over hoe je deze dingen eigenlijk zoekt. Een paar jaar geleden begon NASA met een financieringscampagne om in wezen te proberen te anticiperen op elke suggestief biologische handtekening die zou kunnen worden gevonden bij elke vorm van verkenning van een andere planeet, zodat we niet zouden worden gezien als krabben aan ons hoofd.
Maar het simpele feit is dat je niet kunt anticiperen op alles wat je ziet. Dus wat ik denk dat een realistischer scenario is, is dat je je verkenning doet, en als je tijdens die verkenning een signaal vindt dat (a) niet gemakkelijk kan worden verklaard door natuurkunde en scheikunde of (b) dat doet denken aan signalen die nauw verbonden zijn met de biologie op aarde, dan raak je opgewonden.
Wat er dan zal gebeuren, kan ik je garanderen, is dat 100 ondernemende wetenschappers naar het lab gaan en kijken hoe ze, als dat al het geval is, kunnen simuleren wat je ziet - zonder biologie te gebruiken. En ik denk dat dat het juiste is om te doen. Voor dingen waar de inzet zo hoog is, denk ik dat je hier zo voorzichtig en nuchter mogelijk mee wilt zijn. En dat betekent zeker dat je veel meer moet weten over het generatieve vermogen van fysische en chemische processen om zowel chemische als texturele handtekeningen in een rots te implanteren dan we nu weten.
Zonder astrobiologie zou niemand zijn tijd verspillen aan het doen van deze dingen, omdat we op aarde weten dat er het grootste deel van de geschiedenis van de planeet biologie is geweest. Biologie is overal. Biologie is bij uitstek de signalen die het aan sedimentair gesteente geeft. Dus wie gaat er vijf jaar van zijn tijd als jonge wetenschapper doorbrengen om op abiologische wijze een signaal te genereren dat nauw verbonden is met biologie? Je stapt echter over op Mars en er zijn veel meer redenen om dat soort dingen te doen.
AM: Als een van de MER-rovers een rots zou vinden die sporen van de biologie van Mars leek te bevatten, zou NASA dan terug willen gaan naar die plek en hem mee naar huis nemen?
AK: Zeker weten. Afhankelijk van wat we in Meridiani vinden - om niet te benadrukken wat we vinden - kan het ervoor zorgen dat NASA een site met een zeer hoge prioriteit krijgt om terug te keren met meer geavanceerde apparatuur en een site met een topprioriteit voor het retourneren van monsters; of we kunnen het afschrijven.
Dat is de hele reden voor dit soort incrementeel werk. Ik hou eigenlijk van de hele architectuur van NASA's plan om stap voor stap te gaan, elke stap zorgvuldig te doen en in stap twee voort te bouwen op wat je in stap één hebt geleerd. Het is logisch.
AM: Ik realiseer me dat ik je vraag om hier te speculeren, maar wat is volgens jou de kans dat Mars ooit een levende wereld was?
AK: Ik weet het echt niet. Maar alles wat we de afgelopen jaren hebben geleerd, suggereert dat water eerder episodisch was dan persistent op Mars. En dat verlaagt de kans op biologie.
Als er elke 10 miljoen jaar 100 jaar water op het oppervlak van Mars aanwezig is, is dat niet erg interessant voor de biologie. Als het 10 miljoen jaar aanwezig is, is dat erg interessant.
Het is zeker niet vanzelfsprekend dat we zullen ontdekken dat Mars een biologische planeet was. De helft van mijn hersenen blijft proberen een percentage weg te gooien, en ik weet dat het zoiets zinloos is om te doen - ik denk dat ik het gewoon niet ga doen.
Maar ik kan je vertellen dat een van de beste kansen die we een aantal jaren krijgen om die vraag te beantwoorden hier in de ijzerafzettingen van Meridiani ligt.
Oorspronkelijke bron: Astrobiology Magazine
