火星古老的地質特徵顯示過去曾有水存在，最近對蓋爾隕石坑沉積物的研究顯示，有機物具有獨特的同位素組成，顯示大氣過程而非生物活動是這種有機物的來源。

儘管火星呈現出一片荒蕪、塵土飛揚的景象，至今沒有任何生命跡象，但它的地質特徵，如三角洲、湖床和河谷，強烈暗示著火星表面曾經水流充沛。為了探索這種可能性，科學家們對這些地形附近保存的沉積物進行了研究。這些沉積物的成分蘊含著早期環境條件的線索、隨著時間推移形成地球的過程，甚至是過去生命的潛在跡象。

在其中一項分析中，好奇號漫遊車從蓋爾隕石坑收集的沉積物揭示了有機物。蓋爾隕石坑被認為是約38億年前因小行星撞擊而形成的古老湖泊。然而，與地球上的有機物相比，這種有機物的碳-13同位素（13C）含量明顯低於碳-12同位素（12C）含量，這表明火星上有機物的形成過程與地球上不同。

大氣中有機物的來源表明，火星表面可能含有比先前預期更多的有機化合物。資料來源：東京工業大學

現在，一項研究闡明了這一差異，發現大氣中的二氧化碳（CO2）光解為一氧化碳（CO）並隨後還原，導致有機物中13C含量減少。這項研究由東京工業大學的上野雄一郎教授和哥本哈根大學的馬修-約翰遜教授領導，於2024年5月9日發表在《自然-地球科學》雜誌。

“在測量13C和12C之間的穩定同位素比率時，火星有機物的13C豐度佔組成它的碳的0.92%到0.99%。這與地球沉積有機物（約1.04%）和大氣二氧化碳（約1.07%）相較之下是極低的，這兩種物質都是生物殘留物，與隕石中有機物（約1.05%）並不相似，」Ueno解釋。

早期的火星大氣富含二氧化碳，其中同時含有13C和12C同位素。研究人員在實驗室實驗中模擬了火星大氣成分和溫度的不同條件。他們發現，當12CO2暴露在太陽紫外線（UV）照射下時，會優先吸收UV輻射，導致其解離成13C含量低的CO，而留下富含13C的CO2。

在火星和地球的高層大氣中也能觀察到這種同位素分餾（同位素分離）現象，來自太陽的紫外線照射導致二氧化碳解離成13C含量耗盡的一氧化碳。在還原的火星大氣中，CO 轉化為簡單的有機化合物，如甲醛和羧酸。在火星早期，地表溫度接近水的冰點，不超過300 K（27°C），這些化合物可能溶解在水中並沉澱在沉積物中。

透過模型計算，研究人員發現，在二氧化碳與一氧化碳比例為90:10 的大氣中，如果二氧化碳轉化為一氧化碳的比例為20%，則沉積有機物的δ13CVPDB值為-135‰。此外，剩餘的CO2將富含13C，δ13CVPDB 值為+20‰。這些值與”好奇號”探測器分析的沉積物中的值以及從火星隕石中估算的值非常吻合。這項發現表明，大氣過程而非生物過程是早期火星有機物形成的主要來源。

“如果這項研究的估計是正確的，那麼火星沉積物中可能存在意想不到的大量有機物質。這表明，未來對火星的探索可能會發現大量的有機物質，”Ueno 說。

編譯來源：ScitechDaily