美国宇航局的好奇号火星车目前正在探索火星上的盖尔陨石坑，它提供了关于古代火星气候是如何从潜在的适合生命生存的气候(有证据表明火星表面存在广泛的液态水)转变为我们所知的不适合陆地生命生存的气候的新细节。
尽管今天火星表面寒冷，不适合生命生存，但美国宇航局的火星探测器正在寻找线索，以确定在遥远的过去火星上是否有生命存在。研究人员利用好奇号上的仪器测量了盖尔陨石坑中富含碳的矿物(碳酸盐)的同位素组成，并对这颗红色星球古代气候的变化有了新的认识。
“这些碳酸盐的同位素值指向极端的蒸发量，表明这些碳酸盐可能是在只能支持瞬态液态水的气候中形成的，”马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的大卫伯特说，他是一篇描述这项研究的论文的主要作者，发表在《美国国家科学院学报》上。
“我们的样本与火星表面有生命(生物圈)的古代环境不一致，尽管这并不排除在这些碳酸盐形成之前开始和结束的地下生物圈或地表生物圈的可能性。”
同位素是一种元素具有不同质量的变体。随着水的蒸发，轻的碳和氧更有可能逃逸到大气中，而重的碳和氧则更多地被留下，积累成更高的丰度，在这种情况下，最终被合并到碳酸盐岩中。
科学家们对碳酸盐很感兴趣，因为它们被证明有能力作为气候记录。这些矿物质可以保留它们形成的环境的特征，包括水的温度和酸度，以及水和大气的组成。
本文提出了在盖尔发现的碳酸盐的两种形成机制。在第一种情况下，碳酸盐是通过盖尔陨石坑内一系列干湿循环形成的。在第二种情况下，碳酸盐是在盖尔环形山的寒冷、结冰(低温)条件下，在非常咸的水中形成的。
“这些形成机制代表了两种不同的气候制度，可能会呈现不同的宜居情景，”该论文的合著者、美国宇航局戈达德的詹妮弗·斯特恩(Jennifer Stern)说。“干湿循环将表明更适宜居住和不适宜居住的环境之间的交替，而火星中纬度地区的低温将表明一个不适宜居住的环境，那里的大部分水被锁在冰中，无法用于化学或生物，那里的水非常咸，对生命来说是不舒服的。”
基于某些矿物的存在、全球尺度的建模和岩层的识别，以前就有人提出过古代火星的气候情景。这一结果首次加入了来自岩石样本的同位素证据，以支持上述假设。
火星碳酸盐中的重同位素值明显高于地球上的碳酸盐矿物，并且是所有火星物质中记录的最重的碳和氧同位素值。事实上，根据研究小组的说法，干湿气候和冷咸气候都需要形成富含重碳和重氧的碳酸盐。
伯特说:“这些碳和氧同位素值比在地球或火星上测量到的任何东西都要高，这一事实表明，一个(或多个)过程被推向了极端。”
“虽然蒸发会导致地球上氧同位素的显著变化，但这项研究中测量到的变化要大两到三倍。这意味着两件事:1)极端程度的蒸发导致这些同位素值如此重，2)这些较重的值被保存下来，因此任何产生较轻同位素值的过程在量级上一定要小得多，”他继续说。
这一发现是通过好奇号火星车上的火星样本分析(SAM)和可调谐激光光谱仪(TLS)仪器得出的。SAM将样品加热到近1652华氏度(近900摄氏度)，然后使用TLS来分析在加热阶段产生的气体。
