Penelitian baru mengungkap masa lalu Mars yang dingin dan sedingin es

Sebuah studi baru menemukan petunjuk penting yang mengintai di tanah Planet Merah.

Penelitian terbaru membandingkan tanah Bumi dan… Mars Studi tersebut menunjukkan bahwa sejarah iklim Mars dingin dan subarktik, mirip dengan Newfoundland. Studi ini berfokus pada material amorf di tanah Kawah Gale, yang mungkin terawetkan dalam kondisi hampir beku, memberikan wawasan baru tentang kondisi lingkungan Mars dan kemungkinan adanya kehidupan di dalamnya.

Menjelajahi iklim Mars masa lalu melalui tanah Bumi

Pertanyaan apakah Mars pernah mendukung kehidupan telah memenuhi imajinasi para ilmuwan dan masyarakat selama beberapa dekade. Inti dari penemuan ini adalah untuk mendapatkan wawasan mengenai iklim planet tetangga di masa lalu: Apakah planet ini hangat dan lembab, dengan laut dan sungai yang sangat mirip dengan yang ada di planet kita? Atau apakah cuacanya terlalu dingin dan sedingin es, sehingga mungkin kurang mendukung kehidupan seperti yang kita kenal sekarang?

Sebuah studi baru menemukan bukti yang mendukung pandangan ini dengan mengidentifikasi kesamaan antara tanah yang ditemukan di Mars dan yang ditemukan di Newfoundland Kanada, wilayah dengan iklim subarktik yang dingin.

Tepi dan lantai Kawah Gale dilihat dari penjelajah Curiosity NASA. Kredit gambar: NASA/JPL-Caltech

Wawasan dari analisis tanah Kawah Gale

Studi ini dipublikasikan di jurnal Komunikasi bumi dan lingkungan Pada tanggal 7 Juli, Para ilmuwan mencari tanah di Bumi yang mengandung bahan serupa dengan yang ditemukan di Kawah Gale di Mars. Para ilmuwan sering menggunakan tanah untuk menggambarkan sejarah lingkungan, karena mineral yang ada dapat menceritakan kisah evolusi suatu lanskap dari waktu ke waktu. Memahami lebih lanjut tentang bagaimana bahan-bahan ini terbentuk dapat membantu menjawab pertanyaan lama mengenai kondisi historis di Planet Merah. Tanah dan bebatuan di Kawah Gale memberikan catatan iklim Mars antara 3 dan 4 miliar tahun yang lalu, selama periode air yang relatif berlimpah di planet ini – periode waktu yang sama ketika kehidupan pertama kali muncul di Bumi.

“Kawah Gale adalah dasar danau kuno – dan air jelas ada di sana,” kata Anthony Feldman, ilmuwan tanah dan ahli morfologi tanah yang sekarang bekerja di DRI. “Tetapi bagaimana kondisi lingkungan ketika air itu ada di sana? rekannya.” “Langsung ke permukaan Mars, karena kondisi antara Mars dan Bumi sangat berbeda, namun kita dapat melihat tren dalam kondisi terestrial dan menggunakannya untuk mencoba memperkirakan pertanyaan tentang Mars.”

Lokasi penelitian berada di dataran tinggi Newfoundland. Kredit foto: Anthony Feldman/DRI

Tantangan dalam menganalisis material Mars

Penjelajah Curiosity NASA telah memeriksa Kawah Gale sejak tahun 2011, dan telah menemukan banyak material tanah yang dikenal sebagai “bahan sinar-X amorf”. Komponen tanah ini tidak memiliki struktur atom berulang yang khas yang mendefinisikan mineral, dan oleh karena itu tidak dapat dengan mudah dikarakterisasi menggunakan teknik konvensional seperti difraksi sinar-X. Ketika sinar-X ditembakkan pada bahan kristal seperti berlian, misalnya, sinar-X menyebar pada sudut yang berbeda-beda berdasarkan struktur internal logam tersebut. Namun, materi amorf sinar-X tidak menghasilkan “sidik jari” yang khas ini. Curiosity menggunakan metode difraksi sinar-X ini untuk menunjukkan bahwa materi amorf sinar-X membentuk antara 15 dan 73% sampel tanah dan batuan yang diuji di Kawah Gale.

“Anda dapat menganggap bahan amorf yang diperoleh dari sinar-X sebagai jeli,” kata Feldman. “Ini adalah campuran berbagai unsur dan bahan kimia yang saling meluncur satu sama lain.”

Penjelajah Curiosity juga melakukan analisis kimia pada sampel tanah dan batuan, dan menemukan bahwa bahan amorf kaya akan besi dan silika tetapi kekurangan aluminium. Selain informasi kimia yang terbatas, para ilmuwan belum memahami apa itu materi amorf, atau apa arti kehadirannya dalam kaitannya dengan sejarah lingkungan Mars. Menemukan lebih banyak informasi tentang bagaimana bahan-bahan misterius ini terbentuk dan bertahan di Bumi dapat membantu menjawab pertanyaan-pertanyaan yang terus-menerus muncul tentang Planet Merah.

Studi lapangan yang mensimulasikan kondisi Mars

Feldman dan rekan-rekannya mengunjungi tiga lokasi untuk mencari bahan amorf yang mirip dengan sinar-X: dataran tinggi Taman Nasional Gros Morne di Newfoundland, Pegunungan Klamath di California utara, dan Nevada bagian barat. Ketiga lokasi ini telah mengalami pelapukan tanah yang menurut perkiraan para peneliti secara kimiawi mirip dengan bahan amorf sinar-X di Kawah Gale: kaya akan besi dan silikon tetapi kekurangan aluminium. Ketiga lokasi tersebut juga menyediakan kisaran curah hujan, hujan salju, dan suhu yang dapat membantu memberikan wawasan tentang jenis kondisi lingkungan yang menghasilkan material amorf dan mendorong pelestariannya.

Di setiap lokasi, tim peneliti memeriksa tanah menggunakan analisis difraksi sinar-X dan mikroskop elektron transmisi, yang memungkinkan mereka melihat material tanah pada tingkat yang lebih detail. Kondisi subarktik di Newfoundland telah menghasilkan material yang secara kimiawi mirip dengan yang ditemukan di Kawah Gale namun juga tidak memiliki struktur kristal. Tanah yang diproduksi di daerah beriklim hangat seperti California dan Nevada tidak demikian.

“Hal ini menunjukkan bahwa diperlukan air untuk membentuk bahan-bahan ini,” kata Feldman. “Tetapi kondisinya harus dingin, dan suhu rata-rata tahunan mendekati titik beku, untuk menjaga bahan amorf di dalam tanah.”

Bahan amorf sering dipandang relatif tidak stabil, artinya pada tingkat atom, atom belum tersusun menjadi bentuk akhir yang lebih kristalin. “Ada sesuatu yang terjadi dalam kinetika – atau laju reaksi – yang memperlambatnya sehingga material ini dapat terawetkan dalam skala waktu geologis,” kata Feldman. “Apa yang kami usulkan adalah kondisi yang sangat dingin, mendekati titik beku faktor pembatas dalam pergerakan yang memungkinkan bahan-bahan ini terbentuk.”

“Studi ini meningkatkan pemahaman kita tentang iklim Mars,” kata Feldman. “Hasilnya menunjukkan bahwa kelimpahan material ini di Kawah Gale konsisten dengan kondisi subpolar, serupa dengan yang mungkin kita lihat di Islandia, misalnya.”

Referensi: “Materi sinar-X amorf yang kaya zat besi mencatat iklim masa lalu dan kelestarian air di Mars” oleh Anthony D. Feldman dan Elizabeth M. Hausrath dan Elizabeth B. Rampe, Valerie Tu, dan Tanya S. Beretiazko, Christopher DeFelice, dan Thomas Sharp, 7 Juli 2024. Komunikasi bumi dan lingkungan.
DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4