Le carbone récemment découvert pourrait fournir des indices sur l’ancienne Mars

Les chercheurs notent aujourd’hui (17 janvier) dans Actes de l’Académie nationale des sciences que “ces trois scénarios ne sont pas conventionnels, contrairement aux processus courants sur Terre”.

Le carbone a deux isotopes stables, 12 et 13. En examinant les quantités de chacun dans une substance, les chercheurs peuvent déterminer les détails du cycle du carbone qui s’est produit, même s’il s’est produit il y a très longtemps.

“Les quantités de carbone 12 et de carbone 13 dans notre système solaire sont les quantités qui existaient lors de la formation du système solaire”, a déclaré Christopher H. House, professeur de géosciences, Penn State. “Les deux existent dans tout, mais comme le carbone 12 réagit plus rapidement que le carbone 13, l’examen des quantités relatives de chacun dans les échantillons peut révéler le cycle du carbone.”

Curiosity, qui est dirigé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, a passé les neuf dernières années à explorer une zone du cratère Gale qui a exposé des couches de roche ancienne. Le rover a foré à la surface de ces couches et récupéré des échantillons des couches sédimentaires enfouies. Curiosity a chauffé les échantillons en l’absence d’oxygène pour séparer les produits chimiques. L’analyse spectrographique d’une partie du carbone réduit produit par cette pyrolyse a montré une large gamme de quantités de carbone 12 et de carbone 13 en fonction de l’endroit ou du moment où l’échantillon d’origine s’est formé. Une partie du carbone était exceptionnellement appauvrie en carbone 13 tandis que d’autres échantillons de carbone étaient enrichis.

“Les échantillons extrêmement appauvris en carbone 13 sont un peu comme des échantillons australiens prélevés dans des sédiments vieux de 2,7 milliards d’années”, a déclaré House. “Ces échantillons ont été causés par une activité biologique lorsque le méthane a été consommé par d’anciens tapis microbiens, mais nous ne pouvons pas nécessairement dire cela sur Mars car c’est une planète qui peut s’être formée à partir de matériaux et de processus différents de ceux de la Terre.”

Pour expliquer les échantillons exceptionnellement épuisés, les chercheurs suggèrent trois possibilités : un nuage de poussière cosmique, un rayonnement ultraviolet décomposant le dioxyde de carbone ou une dégradation ultraviolette du méthane créé biologiquement.

Selon House, tous les deux cents millions d’années, le système solaire traverse un nuage moléculaire galactique.

“Il ne dépose pas beaucoup de poussière”, a déclaré House. “Il est difficile de voir l’un de ces événements de dépôt dans les archives de la Terre.”

Pour créer une couche que Curiosity pourrait échantillonner, le nuage de poussière galactique aurait d’abord abaissé la température sur un Mars qui contenait encore de l’eau et créé des glaciers. La poussière se serait déposée au-dessus de la glace et devrait ensuite rester en place une fois le glacier fondu, laissant derrière elle une couche de saleté qui comprenait le carbone.

Jusqu’à présent, il existe des preuves limitées de glaciers passés à Gale Crater sur Mars. Selon les chercheurs, “cette explication est plausible, mais elle nécessite des recherches supplémentaires”.

Une deuxième explication possible des quantités inférieures de carbone 13 est la conversion ultraviolette du dioxyde de carbone en composés organiques comme le formaldéhyde.

“Il existe des articles qui prédisent que les UV pourraient provoquer ce type de fractionnement”, a déclaré House. “Cependant, nous avons besoin de plus de résultats expérimentaux montrant ce fractionnement de taille afin que nous puissions exclure ou exclure cette explication.”

La troisième méthode possible de production d’échantillons appauvris en carbone 13 a une base biologique.

Sur Terre, une signature fortement appauvrie en carbone 13 d’une paléosurface indiquerait que des microbes passés ont consommé du méthane produit par des microbes. L’ancienne Mars peut avoir eu de grands panaches de méthane libérés du sous-sol où la production de méthane aurait été énergétiquement favorable. Ensuite, le méthane libéré serait soit consommé par les microbes de surface, soit réagirait avec la lumière ultraviolette et se déposerait directement sur la surface.

Cependant, selon les chercheurs, il n’y a actuellement aucune preuve sédimentaire de microbes de surface sur le paysage passé de Mars, et donc l’explication biologique mise en évidence dans l’article repose sur la lumière ultraviolette pour placer le signal du carbone 13 sur le sol.

“Les trois possibilités indiquent un cycle de carbone inhabituel, qui ne ressemble à rien sur Terre aujourd’hui”, a déclaré House. “Mais nous avons besoin de plus de données pour déterminer laquelle de celles-ci est la bonne explication. Ce serait bien si le rover pouvait détecter un grand panache de méthane et mesurer les isotopes du carbone à partir de cela, mais bien qu’il y ait des panaches de méthane, la plupart sont petits, et aucun rover n’en a échantillonné un assez grand pour que les isotopes soient mesurés.”

House note également que la découverte de restes de tapis microbiens ou de preuves de dépôts glaciaires pourrait également éclaircir un peu les choses.

“Nous sommes prudents avec notre interprétation, qui est la meilleure voie à suivre pour étudier un autre monde”, a déclaré House.

Curiosity continue de collecter et d’analyser des échantillons et retournera sur le fronton où il a trouvé certains des échantillons de cette étude dans environ un mois.

“Cette recherche a atteint un objectif de longue date pour l’exploration de Mars”, a déclaré House. “Mesurer différents isotopes de carbone – l’un des outils géologiques les plus importants – à partir de sédiments sur un autre monde habitable, et il le fait en examinant 9 ans d’exploration.”

Travaillant également sur le projet de Penn State, Gregory M. Wong, récent titulaire d’un doctorat en géosciences.

Les autres participants à la recherche étaient, au Jet Propulsion Laboratory de la NASA : Christopher R. Webster, chercheur associé et chercheur principal ; Gregory J. Flesch, ingénieur logiciel d’applications scientifiques ; et Amy E. Hofmann, chercheuse scientifique ; à la Division de l’exploration du système solaire, NASA Goddard Space Flight Center : Heather B. Franz, chercheuse ; Jennifer C. Stern, assistante de recherche ; Alex Pavlov, scientifique spatial ; Jennifer L. Eigenbrode, assistante de recherche ; Daniel P. Glavin, directeur associé pour la science stratégique ; Charles A. Malespin, chef, Laboratoire des environnements planétaires ; et Paul R. Mahaffy, directeur de la division d’exploration du système solaire à la retraite ; à l’Université du Michigan : Sushil K. Atreya, professeur de sciences et d’ingénierie du climat et de l’espace et directeur du Planetary Science Laboratory ; à la Carnegie Institution for Science : Andrew Steele, scientifique ; et à Georgetown University et NASA Goddard Space Flight Center : Maëva Milan, post-doctorante.

La NASA a soutenu ce projet.