Абиогенный метан на Земле уменьшил вероятность биогенного происхождения метана на Марсе

Ученые обнаружили в литосфере Земли следы метана, который образуется без участия живых существ. Породы срединно-океанических хребтов захватывают воду, которая вступает в реакции с минералами и приводит к образованию метана. Подобные процессы могли идти на Марсе, поэтому выбросы метана, замеченные там, не обязательно связаны с гипотетически существующей марсианской жизнью, пишут ученые в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Главный источник метана на Земле — продукты деятельности живых организмов. По этой причине несколько выбросов метана, которые обнаружили на Марсе, представляют интерес как признак возможного присутствия живых организмов на этой планете. Тем не менее, метан может образовываться и абиогенно, и ученые из Океанографического института Вудс-Хол (США) изучили, как это может происходить.

Объектом интереса Фридера Кляйна (Frieder Klein) и его коллег стали породы, из которых сложены срединно-океанические хребты. Ученые изучили состав 160 образцов пород из разных точек дна Мирового океана с помощью спектроскопии, оптической и электронной микроскопии. Они выяснили, что оливин, реликтовый минерал, из которого примерно на четыре процента сложены такие хребты, содержит множество (3 × 10⁶ на кубический сантиметр, от 100 нанометров до 30 микрометров) включений с жидкостью и газом — законсервированные в минералах порции летучих компонентов. Изучение состава этих включений показало наличие воды, водорода и метана. Стенки этих включений внутри оливина содержали минералы серпентиновой группы, которые могут образоваться из оливина в процессе серпентинизации.

Серпентинизация — это превращение оливиновых минералов в серпентиновые в процессе гидратации, то есть присоединения воды (при этом в ходе реакций может выделяться метан). Ученые построили модель, которая могла бы показать процесс образования метана в включениях в оливине.

Результаты показали, что при поднятии из мантии и охлаждении до 800 градусов Цельсия океанические породы в хребтах захватывают воду, которая и образует включения. Затем происходит дальнейшее остывание до 400 градусов и реакция, в ходе которой образуется серпентин и магнетит. Затем порода еще больше охлаждается, и железо, которое входит в состав некоторых серпентинов и магнетитов, при реакции с водой образует водород, а больше всего водорода образуется при 300 градусах.

Затем водород восстанавливает углекислый газ, растворенный в морской воде, до метана. Так внутри оливинов образуются микроскопические пузырьки с метаном. В пузырек диаметром 100 нанометров не может влезть много метана, но ученые посчитали, сколько этого газа могут хранить породы океанических хребтов. Учитывая количество включений на объем оливинов и примерное содержание оливинов в коре морского дна, получилась что запасы метана в породах на глубине до пяти километров равны 4,8 миллиарда тонн. Это больше, чем весь метан, который содержался в атмосфере планеты до начала индустриальной эпохи (2 миллиарда тонн). Литосфера постепенно отдает свой газ по мере разрушения кусков пород со временем. Процесс этот медленный — среди образцов, изученных в этом исследовании, был экземпляр, который образовался еще в юрском периоде.

Образование метана шло, по мнению авторов, с самого начала тектоники плит, и, возможно, сыграло свою роль в поддержании жизни первых микроорганизмов, служа им источником метана. При этом, как пишут ученые, метан во включениях может пролежать очень долго, даже пережив времена, при которых он мог образоваться. Это значит, что и на Марсе таким же образом могли образоваться значительные количества метана в коре, которые сейчас отдают газ в атмосферу. В таком случае результаты приборов «Кьюриосити» и «Марс-Экспресс», возможно, не свидетельствуют в пользу существования жизни на планете.

Ранее мы писали о том, как на Марсе впервые обнаружили сезонные изменения концентрации метана и о том, как недавно результаты, полученные аппаратурой «Кьюриосити» подтвердили данные с «Марс-Экспресс».

Максим Печорин