Eredmények a Phoenix-szondától - 2. rész: színes ásványvilág

A Mars fejlődéstörténetéről fontos információkat tartalmaznak a vízzel és a szén-dioxiddal kapcsolatban keletkezett, illetve átalakult ásványok - a felszínközeli törmeléktakaróban ezek nyomát is kereste a Phoenix. A jelek alapján közel egymillió évvel ezelőtt vékony vízfilm borította be a szemcséket a térségben, ami kémiai átlalakulásokat eredményezett.

Az amerikai Phoenix-szonda eredményeiről a Science 2009. július 3-i száma négy nagy összefoglaló munkát közölt, ezek közül a víz és jég mai viselkedésével kapcsolatos témaköröket egy korábbi cikkben tekintettük át. Ezúttal az ásványok alapján a közelmúlt eseményei után nyomozunk.

A Phoenix küldetése során az ásványi összetétel megállapításában fontos szerepet töltöttek be a TEGA és a MECA műszerek. A MECA (Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer; mikroszkóp, elektrokémiai- és vezetés-elemző) egy nedveskémiai laboratórium; optikai- és atomerő-mikroszkóp, valamint elektromos- és hővezető-képességet vizsgáló berendezések kombinációja. Összesen 10 minta részletes elemzésére volt képes. A robotkarral kiemelt marstalajt vízben feloldotta, meghatározta a pH-t, az oldatba jutott magnézium, nátrium, klór, bróm, oxigén, szulfátok és szén-dioxid mennyiségét és a minta víztartalmát. Emellett karbonátokat és oxidokat is keresett.

A TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer, termoanalitikai és gázelemző) nyolc darab egyszer használatos hevítőkemencét tartalmazott, amelyekben ún. kalorimetriai módszerrel vizsgálták a minta összetételét, a szilárd/folyadék/gáz halmazállapotok közötti átalakulást.

A műszerben az 1000 °C-on a keletkezett gázokat a tömegspektrométerbe vezették, amely atomokat, izotópokat akár 10 ppb koncentrációban is kimutatott. Fő feladata a vízjég jelenlétének bizonyítása és az izotópösszetétel elemzése volt.

Animáció a nedveskémiai laboratórium működéséről (NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/SSV)

A vizsgált minták a marstalaj felső rétegéből származtak, amely laza szerkezetű volt, és viszonylag kevés jeget tartalmazott. A robotkarral kiemelt anyagot ennek ellenére nehéz volt az apró mérőkamrákba juttatni, az őket fedő rácsozaton alig ment át törmelék. Némely szemcséket ugyanis még ebben a felső rétegben is talán kevés jég vagy egyéb anyag cementált nagyobb rögökké.

A marstalaj kémhatása

A fenti műveletek során a kiemelt mintákból létrehozott oldatok kémhatása a semlegeshez közel állt, pH=7,7 körül alakult, és alig változott további reagensek hozzáadásával. Az oldatot feltehetőleg karbonátok pufferolták.

A szonda mágneséhez tapadt szemcsék (NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Imperial College London)

Mindegyik vizsgált oldat létrehozásában közvetlenül a felszínről, illetve közel 5 centiméter mélyről vett anyagot használtak. Ezek egymáshoz képest nem mutattak észrevehető eltérést.

Agresszív kemikáliák: perklorátok

A Dodo-Goldilocks névre keresztelt ásásnyomból kiemelt mintában 2008. június 25-én, a küldetés 30. marsi napján, majd a Snow White ásásnyomból származó mintában július 6-án, a 41. marsi napon azonosítottak perklorátokat a MECA berendezéssel. A perklorátok klórt és négy hozzá kapcsolódó oxigénből álló aniont tartalmaznak (ClO₄).

Később a TEGA detektorral is megfigyeltek perklorátoktól származó oxigénfelszabadulást - azonban a klórgáznak itt nem akadtak nyomára. Szóba került a szennyezés lehetősége is, mivel egyes rakétahajtóanyagokban is használnak perklorátot, de a Phoenixnél nem ez volt a helyzet.

Egy minta a robotkar végén lévő lapátban, a küldetés 9. marsi napján (NASA, JPL-Caltech, UA, Max Planck)

Az eredmények alapján a marstalajban közel 0,4-0,6%, legfeljebb 1% arányban volt perklorát, ami számos szakembert meglepett. A további azonosított anionok között említhető még a klorid (Cl^-), a bikarbonát (HCO₃^-) és a szulfát (SO₄^2-). A perklorát-anionhoz feltehetőleg nátrium vagy magnézium, kisebb mennyiségben esetleg kalcium vagy kálium kapcsolódott, és így alkottak perklorátsót, pl. nátrium-perklorátot (NaClO₄).

A perklorátok koncentrációja nem változott a mélységgel, mindenhol néhány tizedszázalék körül mozgott. Ez az anyag erős oxidáns, és képes lebontani a szerves molekulákat, bár ez a tulajdonsága gyenge a térségben jellemző alacsony hőmérsékleten.

A perklorátok további érdekessége, hogy csak rendkívüli hidegben fagy meg vízzel alkotott keverékük - ezért perklorátos sóoldatok a küldetés ideje alatt, főleg a nap melegebb részében akár folyékonyak is lehettek. Emellett vízzel keveredve oxigén szabadul fel belőlük, és a nedvességet, a légköri vízpárát erősen megkötik.

A marstalaj felső részéből származó minta közel 1,5 milliméter széles részlete. A szemcsék néhol rögökké tapadtak össze, főleg vöröses oxidált anyagból állnak, míg a fehéres foltok a közel 0,5%-ot kitevő sók lehetnek. (NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Imperial College London)

Amennyiben szerves molekulák voltak is a vizsgált mintákban, elképzelhető, hogy a melegítéssel egyre aktívabbá váló perklorátok lebontották őket. Az erős oxidánsok szerepének megítélését bonyolítja, hogy a perklorátok nemcsak ártalmasak lehetnek az általunk ismert élőlényekre, de egyes földi mikrobák fel is használják őket élettevékenységükhöz - tehát az élet lehetősége szempontjából nem tekinthető feltétlenül ártalmasnak a jelenlétük.