Was macht Marsmethan?

Mattierte südliche Ebenen im zeitigen Frühjahr. Bildnachweis: MSSS / JPL / NASA Zum Vergrößern anklicken
Die Detektion von Methan in der Marsatmosphäre hat Wissenschaftler herausgefordert, eine Quelle für das Gas zu finden, das normalerweise mit dem Leben auf der Erde verbunden ist. Eine Quelle, die ausgeschlossen werden kann, ist die alte Geschichte: Methan kann in der Marsatmosphäre nur 600 Jahre überleben, bevor das Sonnenlicht es zerstört.

Wenn die globale Methankonzentration auf dem Mars 10 ppb beträgt, werden durchschnittlich 4 Gramm Methan pro Sekunde durch Sonnenlicht zerstört. Das bedeutet, dass jedes Jahr etwa 126 Tonnen Methan produziert werden müssen, um eine konstante Konzentration von 10 ppb zu gewährleisten.

Es besteht die Möglichkeit von außen, dass das Methan von Kometen, Asteroiden oder anderen Trümmern aus dem Weltraum zum Mars geliefert wird. Berechnungen zeigen, dass Mikrometeoriten wahrscheinlich nur 1 Kilogramm Methan pro Jahr liefern – weit unter dem Ersatzniveau von 126 Tonnen. Kometen könnten eine riesige Menge Methan liefern, aber das Intervall zwischen den Auswirkungen großer Kometen beträgt durchschnittlich 62 Millionen Jahre. Daher ist es unwahrscheinlich, dass ein Komet in den letzten 600 Jahren Methan geliefert hat.

Wenn wir die Methanabgabe ausschließen können, muss das Methan auf dem Mars hergestellt werden. Aber ist die Quellenbiologie oder Prozesse nicht mit dem Leben verbunden?

Ein kleiner Prozentsatz des Methans der Erde wird durch nicht-biologische („abiogene“) Wechselwirkungen zwischen Kohlendioxid, heißem Wasser und bestimmten Gesteinen hergestellt. Könnte dies auf dem Mars geschehen? Vielleicht, sagt James Lyons vom Institut für Geophysik und Planetenphysik der UCLA.

Diese Reaktionen erfordern nur Gestein, Wasser, Kohlenstoff und Wärme, aber woher würde die Wärme auf dem Mars kommen? Die Oberfläche des Planeten ist eiskalt und liegt im Durchschnitt bei minus 63 Grad C. Vulkane könnten eine Wärmequelle sein. Geologen glauben, dass der jüngste Ausbruch auf dem Mars vor mindestens 1 Million Jahren stattgefunden hat – neu genug, um darauf hinzuweisen, dass der Mars immer noch aktiv und daher tief unter der Oberfläche heiß ist.

Ein Tropfen Methan von durchschnittlich 4 Gramm pro Sekunde könnte von einem solchen geologischen Brennpunkt stammen. Jeder Mars-Hotspot muss jedoch tief und gut von der Oberfläche isoliert sein, da das Wärmeemissions-Bildgebungssystem auf Mars Odyssey keine Orte gefunden hat, die mindestens 15 ° C wärmer sind als die Umgebung. Lyons hält es jedoch immer noch für möglich, dass ein tiefer Magmakörper die Wärme liefert.

In einem Computermodell der vereinfachten Marsgeologie erzeugte ein 10 Kilometer tiefer, 1 Kilometer breiter und 10 Kilometer langer Kühlkörper aus Magma die Temperatur von 375 bis 450 Grad Celsius, die die abiogene Methanerzeugung an den Kämmen im mittleren Ozean der Erde antreibt. Solch ein heißer Felskörper, sagt Lyons, "ist vollkommen vernünftig, daran ist nichts Seltsames", weil der Mars wahrscheinlich etwas Wärme von der Planetenbildung zurückhält, ähnlich wie die Erde.

"Es ermutigt uns zu der Annahme, dass dies ein plausibles Szenario für die Erklärung von Methan auf dem Mars ist, und wir würden die Signatur dieses Deichs (heißer Felskörper) nicht an der Oberfläche sehen", sagt Lyons. "Das ist der Winkel, den wir verfolgen. Dies ist die einfachste und direkteste Erklärung für das nachgewiesene Methan. "

Obwohl niemand abiogene Quellen für Methan auf dem Mars ausschließen kann, sieht man beim Auffinden von Methan auf der Erde normalerweise die Arbeit von Methanogenen, alten anaeroben Mikroben, die Kohlenstoff und Wasserstoff zu Methan verarbeiten. Könnten Methanogene auf dem Mars leben?

Um dies herauszufinden, begann Timothy Kral, außerordentlicher Professor für Biowissenschaften an der Universität von Arkansas, vor 12 Jahren mit dem Anbau von fünf Arten von Methanogenen auf vulkanischem Boden, der zur Simulation von Marsboden ausgewählt wurde. Er hat jetzt gezeigt, dass Methanogene auf dem körnigen, nährstoffarmen Boden jahrelang überleben können, obwohl sie, wenn sie unter marsähnlichen Bedingungen bei nur 2 Prozent des atmosphärischen Drucks der Erde gezüchtet werden, austrocknen und nach ein paar Wochen ruhen.

„Der Boden neigt zum Austrocknen und wir konnten lebensfähige Zellen finden. Sie leben noch, produzieren aber kein Methan mehr “, sagt Kral.

Methanogene benötigen eine stetige Quelle für Kohlendioxid und Wasserstoff. Während auf dem Mars reichlich Kohlendioxid vorhanden ist, ist „Wasserstoff ein Fragezeichen“, sagt Kral.

Vladimir Krasnopolsky, ein Forschungsprofessor an der Katholischen Universität von Amerika in Washington, DC, entdeckte 15 ppm molekularen Wasserstoff in der Marsatmosphäre. Es ist möglich, dass dieser Wasserstoff aus einer tiefen Quelle im Inneren des Mars entweicht, die Methanogene verwenden könnten.

Wenn sich Methanogene tief im Mars befinden, steigt das von ihnen produzierte Methangas langsam an die Oberfläche. Schließlich könnte es einen Druck-Temperatur-Zustand erreichen, in dem es in Eiskristallen eingeschlossen wird und Methanhydrat bildet.

"Wenn es eine unterirdische Biosphäre gäbe, wäre Methanhydrat eine unvermeidliche Folge, wenn sich die Dinge so verhalten wie auf der Erde", sagt Stephen Clifford vom Lunar and Planetary Institute in Houston, Texas.

Und es gibt einen Nebeneffekt, fügt Clifford hinzu. Methanhydrate "wären eine Isolierdecke, die die Dicke des gefrorenen Bodens auf dem Mars von mehreren Kilometern am Äquator auf vielleicht weniger als einen Kilometer erheblich reduzieren würde." Mit anderen Worten, Methanhydrat würde sowohl Lebensnachweise speichern als auch jegliches Leben isolieren, das von den ultrakalten Oberflächentemperaturen übrig geblieben ist.

Obwohl keine Daten über Bedingungen etwa einen Kilometer unter der Marsoberfläche vorliegen, verbessert das wachsende Bild der Komplexität, Größe und Anpassungsfähigkeit der unterirdischen Biosphäre der Erde sicherlich die Wahrscheinlichkeit, dass Leben unter vergleichbaren Bedingungen innerhalb des Mars existiert. Die unterirdische Biosphäre der Erde besteht größtenteils aus Mikroben, von denen einige in Tiefen, Drücken und chemischen Bedingungen leben, die einst als unwirtlich für das Leben galten.

Tief im Inneren des Mars mag es schwierig sein, seinen Lebensunterhalt zu verdienen, aber Methanogene sind keine Weicheier, sagt Kral. „Sie sind robust und langlebig. Die Tatsache, dass sie wahrscheinlich seit Beginn des Lebens auf der Erde existieren und weiterhin die vorherrschende Lebensform unter der Oberfläche und tief in den Ozeanen sind, bedeutet, dass sie Überlebende sind und es ihnen sehr gut geht. “

Ursprüngliche Quelle: NASA Astrobiology

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