Elektrische Staubstürme könnten das Leben auf dem Mars unmöglich machen

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass weltweite Staubstürme auf dem Mars einen Schnee aus ätzenden Chemikalien erzeugen könnten, die für das Leben giftig sind. Die Elemente könnten sich dann in Wasserstoffperoxidmoleküle umwandeln und als Schnee zu Boden fallen, der mit dem Leben verbundene organische Moleküle zerstören würde. Diese giftige Chemikalie könnte sich in den obersten Schichten des Marsbodens konzentrieren und das Überleben des Lebens verhindern.

Die weltweiten Staubstürme, die den Mars regelmäßig in einen roten Mantel hüllen, können laut zwei neuen Studien, die in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Astrobiology veröffentlicht wurden, einen Schnee aus ätzenden Chemikalien, einschließlich Wasserstoffperoxid, erzeugen, der lebensgefährlich wäre .

Basierend auf Feldstudien auf der Erde, Laborexperimenten und theoretischen Modellen argumentieren die Forscher, dass oxidierende Chemikalien durch die statische Elektrizität erzeugt werden könnten, die in den wirbelnden Staubwolken erzeugt wird, die die Oberfläche oft monatelang verdecken, sagte der Physiker Gregory T von der University of California in Berkeley Delory, Erstautor eines der Papiere. Wenn diese Chemikalien in den letzten 3 Milliarden Jahren regelmäßig produziert worden wären, wenn der Mars vermutlich trocken und staubig gewesen wäre, hätte sich das im Oberflächenboden angesammelte Peroxid auf ein Niveau aufbauen können, das "das Leben, wie wir es kennen" töten würde, sagte er.

"Wenn dies zutrifft, hat dies großen Einfluss auf die Interpretation der Bodenmessungen, die die Wikingerlander in den 1970er Jahren durchgeführt haben", sagte Delory, Senior Fellow am Space Sciences Laboratory der UC Berkeley. Ein Hauptziel der Wikinger-Mission, die aus zwei Raumfahrzeugen bestand, die 1975 von der NASA gestartet wurden, war es, den roten Boden des Mars auf Lebenszeichen zu untersuchen. 1976 ließen sich die beiden Lander an Bord des Raumfahrzeugs auf der Marsoberfläche nieder und führten vier separate Tests durch, darunter einige, bei denen dem Schmutz Nährstoffe und Wasser hinzugefügt und für die Gasproduktion geschnüffelt wurden, was ein verräterisches Zeichen für lebende Mikroorganismen sein könnte.

Die Tests waren nicht schlüssig, da Gase nur kurz erzeugt wurden und andere Instrumente keine Spuren von organischen Materialien fanden, die zu erwarten wären, wenn Leben vorhanden wäre. Diese Ergebnisse deuten eher auf eine chemische Reaktion als auf das Vorhandensein von Leben hin, sagte Delory.

"Die Jury ist sich noch nicht sicher, ob es Leben auf dem Mars gibt, aber es ist klar, dass der Mars im Boden sehr chemisch reaktive Bedingungen hat", sagte er. "Es ist möglich, dass es langfristig korrosive Effekte gibt, die sich auf Besatzungen und Ausrüstung aufgrund von Oxidationsmitteln im Marsboden und Staub auswirken."

Alles in allem sagte er: "Die intensive UV-Exposition, die niedrigen Temperaturen, der Wassermangel und die Oxidationsmittel im Boden würden es jeder Mikrobe schwer machen, auf dem Mars zu überleben."

Der Artikel von Delory und seinen Kollegen in der Juni-Ausgabe von Astrobiology zeigt, dass die elektrischen Felder, die bei Stürmen und kleineren Tornados, Staubteufeln genannt, erzeugt werden, Kohlendioxid- und Wassermoleküle aufspalten und sie als Wasserstoffperoxid oder kompliziertere Superoxide rekombinieren können . Alle diese Oxidationsmittel reagieren leicht mit anderen Molekülen und zerstören diese, einschließlich organischer Moleküle, die mit dem Leben verbunden sind.

Ein zweites von Delory mitverfasstes Papier zeigt, dass diese Oxidationsmittel während eines Sturms in Bodennähe solche Konzentrationen bilden und erreichen können, dass sie zu fallendem Schnee kondensieren und die obersten Bodenschichten kontaminieren. Laut dem Hauptautor Sushil K. Atreya vom Department of Atmospheric, Oceanic and Space Sciences der University of Michigan könnten die Superoxidationsmittel nicht nur organisches Material auf dem Mars zerstören, sondern auch den Verlust von Methan aus der Atmosphäre beschleunigen.

Die Koautoren der beiden Papiere sind vom Goddard Space Flight Center der NASA; die Universität von Michigan; Duke University; die Universität von Alaska, Fairbanks; das SETI-Institut; Southwest Research Institute; die Universität von Washington, Seattle; und der Universität von Bristol in England.

Delory und seine Kollegen haben Staubteufel im amerikanischen Südwesten untersucht, um zu verstehen, wie Elektrizität in solchen Stürmen erzeugt wird und wie die elektrischen Felder Moleküle in der Luft beeinflussen würden – insbesondere Moleküle wie die in der dünnen Marsatmosphäre.

"Wir versuchen, die Merkmale zu untersuchen, die einen Planeten bewohnbar oder unbewohnbar machen, sei es für das Leben, das sich dort entwickelt hat, oder für das Leben, das wir dorthin bringen", sagte er.

Basierend auf diesen Studien verwendeten er und seine Kollegen plasmaphysikalische Modelle, um zu verstehen, wie Staubpartikel, die während eines Sturms aneinander reiben, positiv und negativ geladen werden, ähnlich wie sich statische Elektrizität aufbaut, wenn wir über einen Teppich laufen, oder Elektrizität in Gewitterwolken . Obwohl es keine Hinweise auf Blitzentladungen auf dem Mars gibt, könnte das elektrische Feld, das erzeugt wird, wenn sich geladene Teilchen in einem Staubsturm trennen, Elektronen auf Geschwindigkeiten beschleunigen, die ausreichen, um Moleküle auseinander zu schlagen, fanden Delory und seine Kollegen.

„Aus unserer Feldarbeit wissen wir, dass durch Staubstürme auf der Erde starke elektrische Felder erzeugt werden. Laborexperimente und theoretische Studien zeigen auch, dass die Bedingungen in der Marsatmosphäre auch bei Staubstürmen dort starke elektrische Felder erzeugen sollten “, sagte Co-Autor Dr. William Farrell vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md.

Da Wasserdampf und Kohlendioxid die in der Marsatmosphäre am häufigsten vorkommenden Moleküle sind, bilden Wasserstoff, Hydroxyl (OH) und Kohlenmonoxid (CO) am wahrscheinlichsten Ionen. Ein Produkt ihrer Rekombination wäre laut der zweiten Studie Wasserstoffperoxid (H2O2). Bei ausreichend hohen Konzentrationen würde das Peroxid zu einem Feststoff kondensieren und aus der Luft fallen.

Wenn sich dieses Szenario während eines Großteils seiner Geschichte auf dem Mars abgespielt hat, hätte das im Boden angesammelte Peroxid die Wikinger-Experimente auf der Suche nach Leben täuschen können. Während die Experimente zur markierten Freisetzung und zum Gasaustausch an den Landern Gas entdeckten, wenn Wasser und Nährstoffe in den Marsboden gegeben wurden, fand das Massenspektrometer-Experiment der Lander keine organische Substanz.

Zu dieser Zeit schlugen die Forscher vor, dass sehr reaktive Verbindungen im Boden, möglicherweise Wasserstoffperoxid oder Ozon, die Messungen erzeugt haben könnten, die die Reaktion lebender Organismen imitieren. Andere schlugen eine mögliche Quelle für diese Oxidationsmittel vor: chemische Reaktionen in der Atmosphäre, die durch ultraviolettes Sonnenlicht katalysiert werden, das aufgrund der dünnen Marsatmosphäre intensiver ist. Die vorhergesagten Werte waren jedoch weitaus niedriger als für die Wikinger-Ergebnisse erforderlich.

Die Produktion von Oxidationsmitteln durch Staubstürme und Staubteufel, die auf dem Mars häufig vorkommen, würde ausreichen, um die Beobachtungen der Wikinger hervorzurufen, sagte Delory. Vor dreißig Jahren haben einige Forscher die Möglichkeit in Betracht gezogen, dass Staubstürme wie die Gewitter der Erde elektrisch aktiv sein könnten und dass diese Stürme eine Quelle der neuen reaktiven Chemie sein könnten. Aber das war bis jetzt nicht testbar gewesen.

"Das Vorhandensein von Peroxid mag das Dilemma erklären, das wir mit dem Mars hatten, aber es gibt noch viel, was wir über die Chemie der Atmosphäre und der Böden des Planeten nicht verstehen", sagte er.

Die Theorie könnte nach Angaben der Teammitglieder durch einen elektrischen Feldsensor weiter getestet werden, der zusammen mit einem atmosphärischen Chemiesystem auf einem zukünftigen Marsrover oder Lander arbeitet.

Das Team besteht aus Delory, Atreya, Farrell und Nilton Renno & Ah-San Wong von der University of Michigan; Steven Cummer von der Duke University, Durham, N. C.; Davis Sentman von der University of Alaska; John Marshall vom SETI-Institut in Mountain View, Kalifornien; Scot Rafkin vom Southwest Research Institute in San Antonio, Texas; und David Catling von der University of Washington.

Die Forschung wurde vom Mars Fundamental Research Program der NASA und von internen institutionellen Fonds der NASA Goddard finanziert.

Originalquelle: UC Berkeley Pressemitteilung

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