A superfície marciana mostra amplas evidências do seu passado quente e aquoso. Deltas, leitos de lagos antigos e canais de rios secos são abundantes. Quando o rover Curiosity encontrou matéria orgânica em sedimentos antigos no paleolago da cratera de Jezero, foi tentador concluir que a vida criou a matéria.
No entanto, novas pesquisas sugerem que processos não vivos são os responsáveis.
Existem três isótopos de carbono na Terra: carbono-12 (12C), carbono-13 (13C) e carbono-14 (14C). O carbono da Terra é quase inteiramente carbono-12. Ele representa 99% do carbono da Terra, com o carbono-13 representando o outro 1%. (14C é extremamente raro e instável, por isso decai em nitrogênio-14.)
Em 2022, o MSL Curiosity fez um inventário do carbono orgânico nos sedimentos da Cratera Gale. O carbono orgânico é geralmente descrito como átomos de carbono ligados covalentemente aos átomos de hidrogênio e é a base das moléculas orgânicas. O carbono no carbono orgânico pode ser carbono-12 ou carbono-13, e as quantidades são importantes. Na cratera Gale, o Curiosity encontrou cerca de 200 a 273 partes por milhão de carbono orgânico. “Isso é comparável ou até maior do que a quantidade encontrada em rochas em locais com vida muito baixa na Terra, como partes do deserto do Atacama, na América do Sul, e mais do que foi detectado em meteoritos de Marte”, disse Jennifer Stern, pesquisadora. Cientista espacial do Goddard Space Flight Center da NASA quando os resultados chegaram.
Este carbono é uma evidência importante para a compreensão da história de Marte. Pode informar os cientistas sobre os processos atmosféricos e as condições ambientais do planeta e até mesmo lançar luz sobre a vida potencial. Na verdade, a compreensão do carbono marciano pode ajudar na nossa compreensão da habitabilidade e da química prebiótica em exoplanetas distantes. A proporção de isótopos neste carbono é diferente da da Terra. Tem uma quantidade menor de carbono-13 em relação ao carbono-12 em comparação com a Terra. Por que a discrepância?
Em uma pesquisa recente na Nature Geoscience, uma equipe de pesquisadores tentou entender a diferença entre as proporções de isótopos de carbono da Terra e de Marte. A obra é intitulada “Síntese de 13Matéria orgânica empobrecida de C de CO em uma atmosfera redutora do início de Marte.” O autor principal é Yuichiro Ueno, biogeoquímico do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias do Instituto de Tecnologia de Tóquio.
“Forte 13A depleção de C na matéria orgânica sedimentar na cratera Gale foi recentemente detectada pelo rover Curiosity”, escrevem os autores. “Embora este esgotamento enigmático continue a ser debatido, se estiver correto, um mecanismo para causar tal forte 13A depleção de C é necessária.”
A quantidade de carbono-13 nos sedimentos marcianos é muito menor do que nos sedimentos da Terra.
“Ao medir a proporção de isótopos estáveis entre 13C e 12C, a matéria orgânica marciana tem uma abundância de 13C de 0,92% a 0,99% do carbono que a compõe”, explicou o autor principal Ueno num comunicado de imprensa. “Isso é extremamente baixo em comparação com a matéria orgânica sedimentar da Terra, que é de cerca de 1,04%, e o CO2 atmosférico, em torno de 1,07%, ambos remanescentes biológicos e não semelhantes à matéria orgânica dos meteoritos, que é de cerca de 1,05%.”
Os dados do meteorito são importantes porque um meteorito marciano com quatro mil milhões de anos chamado ALH 84001 é enriquecido em carbono-13, aumentando o enigma do carbono de Marte. De alguma forma, o carbono-13 esgotou-se nos milhares de milhões de anos que se passaram. A fuga solar é uma possível razão para o esgotamento do carbono-13, mas os autores desconsideram isso. Provavelmente não houve tempo suficiente para que carbono-13 escapasse. “Além disso, com base em observações geomagnéticas, o início de Marte provavelmente tinha um campo geomagnético antes de 4°Ga”, escrevem os autores. Esse campo teria evitado a fuga solar.
Para determinar o que está por trás desta discrepância, Ueno e seus colegas pesquisadores simularam diferentes condições atmosféricas marcianas para ver o que aconteceria.
Seus resultados mostram que o isótopo fracionamento pela luz solar UV é responsável pelo esgotamento do 13C de Marte.
O carbono-12 e o carbono-13 respondem de maneira diferente à luz UV. O carbono-12 absorve preferencialmente os raios UV, que os dissociam em monóxido de carbono que é empobrecido em carbono-12. O que resta é o CO2 enriquecido com carbono-13.
Os cientistas observaram este processo nas atmosferas superiores da Terra e de Marte. Na atmosfera redutora de Marte, onde o oxigênio estava esgotado, o CO2 enriquecido com carbono-13 teria se transformado em formaldeído e possivelmente em metanol. Mas esses compostos não permaneceram estáveis. Nos primeiros dias de Marte, a temperatura da superfície estava próxima do ponto de congelamento da água e nunca excedeu cerca de 27 Celsius (80 F). Nessa faixa de temperatura, o formaldeído e outros compostos poderiam ter se dissolvido na água. A partir daí, eles se acumularam em sedimentos.
Mas esse não é o fim da história dos isótopos de carbono de Marte.
Os investigadores usaram modelos para mostrar que numa atmosfera de Marte com uma proporção de CO2 para CO de 90:10, 20% do CO2 teria sido convertido em CO, levando à proporção de isótopos de carbono sedimentar que vemos hoje. O CO2 atmosférico restante seria maior em C-13, e ambos os valores estão em linha com o que o Curiosity encontrou e com o antigo meteorito marciano ALH 84001.
Este é um cenário plausível que pode explicar as curiosas descobertas de carbono do Curiosity.
O estudo da equipe também inclui alguns outros detalhes importantes. Por exemplo, o CO atmosférico pode não ter vindo apenas da fotólise pela luz UV. Alguns poderiam ter vindo de erupções vulcânicas. E o CO atmosférico pode não ter sido a única fonte de produtos orgânicos que chegaram aos sedimentos. Mas de qualquer forma, os resultados dizem aos cientistas algo sobre o ciclo do carbono de Marte.
Também nos diz que esperamos encontrar mais produtos orgânicos nos sedimentos marcianos no futuro.
“Se a estimativa desta pesquisa estiver correta, pode haver uma quantidade inesperada de material orgânico presente nos sedimentos marcianos. Isto sugere que futuras explorações de Marte poderão descobrir grandes quantidades de matéria orgânica”, disse Ueno.
Embora a pesquisa nos mostre que a vida não precisa estar presente para produzir esses produtos orgânicos, ela não pode descartar a possibilidade de vida. Ninguém pode, pelo menos ainda não.
A pesquisa também mostra quão complexa pode ser a química atmosférica e quão difícil pode ser tirar conclusões de estudos atmosféricos de exoplanetas. O JWST examinou várias atmosferas de exoplanetas e encontrou alguns resultados interessantes. Mas há tanta coisa que não sabemos. Esta pesquisa é um lembrete de que quaisquer conclusões são provavelmente prematuras.
