

(© Artsiom P – stock.adobe.com)
GREENBELT, Md.— Dalam sebuah penemuan inovatif, para ilmuwan telah menemukan bukti perubahan iklim ekstrem di Mars miliaran tahun lalu. Sebuah studi baru-baru ini yang dilakukan oleh para peneliti NASA mengungkapkan bahwa karbonat yang ditemukan di Kawah Gale Mars mengandung isotop karbon dan oksigen berat dalam jumlah yang luar biasa tinggi, memberikan gambaran tentang lingkungan Mars yang berevolusi secara dramatis sehingga membuat planet ini hampir tidak bernyawa.
Tim peneliti, yang dipimpin oleh David G. Burtt dari Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA, menganalisis data yang dikumpulkan oleh penjelajah Curiosity, yang telah menjelajahi Kawah Gale sejak 2012. Kawah tersebut, yang dulunya merupakan rumah bagi sebuah danau kuno, memberikan jendela unik ke Mars. ' masa lalu. Hasilnya dipublikasikan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Karbonat, mineral yang terbentuk dengan adanya air, ibarat kapsul waktu yang menyimpan informasi tentang lingkungan tempat terbentuknya. Di Bumi, kita menemukan karbonat dalam batu kapur dan kapur. Karbonat yang ditemukan di Mars sedikit berbeda – mereka kaya akan zat besi, membentuk mineral yang disebut siderite dan ankerite.
Apa yang membuat karbonat Mars ini sungguh luar biasa adalah komposisi isotopnya. Isotop adalah versi unsur yang sama dengan jumlah neutron berbeda. Karbonat Mars mengandung karbon-13 dan oksigen-18 dalam jumlah yang sangat tinggi, yaitu isotop karbon dan oksigen yang lebih berat.
“Nilai isotop karbonat ini menunjukkan jumlah penguapan yang ekstrim, menunjukkan bahwa karbonat ini kemungkinan besar terbentuk di iklim yang hanya mendukung air dalam bentuk cair sementara,” jelas Burtt dalam rilis media. “Sampel kami tidak konsisten dengan lingkungan kuno dengan kehidupan (biosfer) di permukaan Mars, meskipun hal ini tidak menutup kemungkinan adanya biosfer bawah tanah atau biosfer permukaan yang dimulai dan berakhir sebelum karbonat ini terbentuk.”


Sebagai gambaran, bayangkan Anda memiliki sekantong kelereng yang sebagian besarnya ringan, tetapi ada juga yang berat. Dalam keadaan normal, Anda mungkin akan mengeluarkan sebagian besar kelereng ringan. Namun, dalam kasus karbonat Mars ini, seolah-olah seseorang merogoh kantong dan mengeluarkan kelereng berat dalam jumlah yang sangat besar.
Pengayaan isotop ini sangat ekstrim sehingga melampaui tingkat yang ditemukan pada material Mars lainnya yang diketahui, termasuk atmosfer Mars saat ini dan meteorit lain dari Mars. Ini adalah teka-teki ilmiah yang memerlukan penjelasan.
Tim peneliti mengusulkan dua mekanisme utama yang dapat menyebabkan pengayaan isotop ini. Yang pertama adalah penguapan yang luasmirip dengan apa yang terjadi ketika genangan air mengering, meninggalkan mineral pekat. Saat air menguap, ia memprioritaskan penghilangan isotop yang lebih ringan, dan meninggalkan isotop yang lebih berat.
Mekanisme kedua yang diusulkan melibatkan pembentukan karbonat ini dalam kondisi yang sangat dingin dan mendekati titik beku. Proses ini, dikenal sebagai presipitasi kriogenikdapat menyebabkan pemisahan isotop yang tidak biasa karena lambatnya pergerakan molekul pada suhu rendah.
“Fakta bahwa nilai isotop karbon dan oksigen lebih tinggi daripada apa pun yang diukur di Bumi atau Mars menunjukkan suatu proses (atau proses) yang dilakukan secara ekstrem,” jelas Burtt. “Meskipun penguapan dapat menyebabkan perubahan isotop oksigen yang signifikan di Bumi, perubahan yang diukur dalam penelitian ini dua hingga tiga kali lebih besar. Hal ini berarti dua hal: 1) terdapat tingkat penguapan yang ekstrim yang menyebabkan nilai isotop ini menjadi sangat berat, dan 2) nilai yang lebih berat ini dipertahankan sehingga setiap proses yang akan menghasilkan nilai isotop yang lebih ringan pasti memiliki besaran yang jauh lebih kecil.”
Temuan ini menunjukkan bahwa Kawah Gale mengalami perubahan dramatis antara kondisi basah dan kering, kemungkinan terjadi perputaran antara kawah berisi air dan lingkungan yang kering dan menguap. Hal ini sejalan dengan bukti lain yang menunjukkan bahwa Mars bertransisi dari dunia yang lebih basah ke planet yang dingin dan kering seperti yang kita lihat sekarang.
Selain itu, penelitian ini menyoroti betapa berbedanya siklus karbon di Mars dengan siklus karbon di Bumi. Tanpa pengaruh biosfer – istilah kolektif untuk semua makhluk hidup di planet ini – proses geokimia Mars akan mengambil jalur yang sangat berbeda. Ketika para ilmuwan terus menjelajahi Planet Merah, setiap penemuan membawa manusia lebih dekat untuk memahami masa lalu Mars, potensi kunonya untuk menampung kehidupan, dan apa yang mungkin terjadi di dalamnya.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Studi ini menggunakan data dari dua instrumen yang ada di penjelajah Curiosity: difraktometer sinar-X Kimia dan Mineralogi (CheMin) dan rangkaian instrumen Analisis Sampel di Mars (SAM). CheMin menganalisis komposisi mineralogi sampel batuan yang dibor, sementara SAM memanaskan sampel dan menganalisis gas yang dilepaskan. Spektrometer laser merdu dalam SAM mengukur komposisi isotop karbon dioksida yang berevolusi. Kombinasi teknik ini memungkinkan tim untuk mengidentifikasi keberadaan karbonat dan menentukan komposisi isotopnya yang tidak biasa.
Hasil Utama
Para peneliti menganalisis sampel dari empat lokasi berbeda di Kawah Gale. Nilai isotop karbon (δ13C) karbonat berkisar antara 72 hingga 110 bagian per seribu, sedangkan nilai isotop oksigen (δ18O) berkisar antara 59 hingga 91 bagian per seribu. Nilai-nilai ini secara signifikan lebih tinggi daripada yang ditemukan pada material Mars lainnya atau karbonat di Bumi. Tim juga mengamati variasi kelimpahan karbonat dan komposisi isotop di empat lokasi, berkorelasi dengan perubahan lingkungan lokal dari kondisi lakustrin (seperti danau) ke kondisi yang lebih kering.
Keterbatasan Studi
Penelitian ini dibatasi oleh sedikitnya jumlah sampel yang dianalisis dan terbatasnya wilayah geografis Kawah Gale. Selain itu, kurangnya penanggalan yang tepat untuk pembentukan karbonat membuat sulit untuk menghubungkan temuan ini dengan periode tertentu dalam sejarah Mars. Mekanisme yang diusulkan untuk pengayaan isotop didasarkan pada model dan analogi Bumi, yang mungkin tidak dapat diterapkan secara sempurna pada kondisi Mars.
Diskusi & Kesimpulan
Pengayaan isotop ekstrim pada karbonat ini menunjukkan bahwa Mars mengalami perubahan iklim yang signifikan, kemungkinan besar melibatkan siklus kondisi basah dan kering. Studi ini mengusulkan bahwa kombinasi penguapan dan presipitasi kriogenik dapat menjelaskan nilai isotop yang diamati. Temuan ini berkontribusi pada pemahaman kita tentang sejarah iklim Mars dan menyoroti perbedaan antara siklus geokimia Mars dan terestrial. Penelitian ini juga menggarisbawahi pentingnya pengukuran in-situ di Mars dalam mengungkap masa lalunya yang kompleks.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh NASA, dengan beberapa penulis menerima dana melalui Program Postdoctoral NASA. Studi ini memanfaatkan data dari misi Mars Science Laboratory, yang dioperasikan oleh Jet Propulsion Laboratory NASA. Para penulis menyatakan tidak ada kepentingan yang bersaing.