Астропедология - Astropedology

Астропедология өте ежелгі зерттеу палеозолдар және метеориттер тіршіліктің пайда болуына және әр түрлі планеталық топырақ жүйелеріне байланысты. Бұл топырақтану саласы (педология ) геологиялық өткен және басқа топырақтарға қатысты планеталық органдар ғаламдағы өз орнымызды түсіну.[1] Топырақтың геологиялық анықтамасы - бұл «планетар денесінің бетіндегі физикалық, химиялық немесе биологиялық процестермен орнында өзгертілген материал».[1] Топырақтар кейде биологиялық белсенділікпен анықталады, бірақ биологиялық, химиялық немесе физикалық процестер әсерінен өзгерген планеталық беттер ретінде де анықталуы мүмкін.[2] Бұл анықтама бойынша, Марсианға сұрақ топырақ және палеозолдар олар тірі болды ма? Астропедологиялық симпозиумдар - топырақтану бойынша ғылыми кездесулердің жаңа бағыты.[3] Педогенездің химиялық және физикалық механизмдерін басқа планетарлық денелерде түсінудегі жетістіктер ішінара алып келді Американың топырақтану қоғамы (SSSA) 2017 жылы топырақтың анықтамасын келесідей етіп жаңартады: «Планеталар бетінде немесе оған жақын жерде физикалық, химиялық және / немесе биологиялық процестер әсер ететін, әдетте қопсытылған минералды және / немесе органикалық материалдың қабаты (қабаттары). сұйықтықтар, газдар және биоталар және тірек өсімдіктері ».[4]

Ай

Беті ай жабылған ай реголиті, жасаған ұсақ шаң мен тасты қоқыстардың қоспасы метеорит Айдың топырағы деп саналатын әсер.[5] Ғарышкерлер жетілген реголит беттерінен алу үшін аз жыныс үлгілерін тапты. Соңғы миллиард жыл ішінде микрометеориттік бомбалау нәтижесінде тау жыныстары ұсақ топыраққа айналған. Ай реголитінің негізгі бөлігі ұсақ сұр топырақ, брекчия және жергілікті тау жыныстарының жыныс бөліктері. Микрометеориттердің үздіксіз шабуылдары топырақ бөлшектерін одан әрі ыдыратып, ериді. Лит фрагменттерімен араласқан бұл балқымада тұрақты емес шоғырлар пайда болады агглютинаттар.[6] Айды зерттеу өсімдіктердің жеткілікті мөлшерде өсуіне қажетті барлық пайдалы қазбаларды тапты.[7] Аполлон миссияларынан алынған ай сынамаларында аминқышқылдары түріндегі органикалық заттар анықталған, бірақ изотоптық және молекулалық дәлелдер бұл қосылыстардың көзі ретінде жердегі ластануды ұсынады[8]

Марс

.
Йеллоунайф шығанағында, Гейл кратерінде, Марста, Curiosity Rover-ден 3,7 миллиард жылдық палеозолдар [9]

Марстағы палеозолдардың дәлелі жердегі де, Марстың беткі қабатын орбиталық қашықтықтан зерттеуден де алынған. Орнында химиялық / минералогиялық талдаулар (Марс ғылыми зертханасы ) және кескіндер (Масткам, МАХЛИ ) бастап Қызығушылық кіру Гейл кратері Марста Жердегі топырақ қабаттарымен және топырақ құрылымдарымен ұқсастықтар байқалды.[9] Морфологиялық дәлелдеулерге топырақтың ерекшеліктері жатады, мысалы, кеңейтілген жарықтар мен тамырлар арқылы төсеніштің біртіндеп өзгеруі және төсек жабынының бұзылуы, шөл топырағының солюанына сәйкес келеді, блокты бұрыштық пед құрылымдар, құм сыналары, таяз гипстік (By) горизонты және везикулярлы құрылым. Жауын-шашыннан кейін (везикулярлық құрылым) микробтық газ өндірісі нәтижесінде пайда болған жердің шөлейт топырағында кездесетін құрылымдар Марста танылды, бірақ Марстағы өмір туралы нақты дәлелдер әлі алынған жоқ. Палеозолдардағы минералды заттардың көптігі оливиннің смектитке дейін ауытқуын және фосфордың аз сарқылуын көрсетеді. Мұндай гидролитикалық ауа райын Жердегі ауа райымен салыстыруға болады. Химиялық және морфологиялық ерекшеліктері Йеллоунайф шығанағы палеозолдар - Марстағы Ноахияның (3,7 ± 0,3 Га) палеоклиматының жаңа дәлелі және гипераридті фригидтік палеоклиматтың қалыптасуы деп түсіндіріледі.[9] Радиометриялық танысу Йеллоунайф шығанағындағы палеозолдардың жасы 3,7 миллиард жылды құрайды (± 0,3 миллиард жыл) және ерте Ноахияның ықтимал «жылы және ылғалды» жағдайынан (~ 4.1-3.9 Га) өте құрғақ және салқын климатқа ауысқанын көрсетеді. шектеулі топырақ түзілуі.

Қашықтықтан зондтау Марс бетінің Марсты барлау орбитасы (MRO) CRISM аспап пен инфрақызыл минералогиялық карта спектрометрі (OMEGA) планетаның мыңдаған жерлерінде диоктаэдрлік және триоктаэдралық филлосиликат саздарының болуын анықтады.[10][11][12] Марс минералогиясының орбиталық сипаттамасы, ең алдымен, көрінетін / инфра-қызылға жақын (VNIR ) құрамында саз минералдары бар жыныстардың спектрлері. Бұл аудандарға Гейл кратері, Маурт Валлис, Oxia Planum, және Нили Фосса, басқалармен қатар, 4,0-3,7 Ga құрайды.[12][13] Филосиликат балшықтарының Марста түзілуі мен таралуын түсіндіретін екі болжам бар: (1) жер асты және гидротермиялық белсенділік және / немесе диагенез[14][15][16] триоктаэдрлік филлосиликаттар және (2) жер үсті / субаэриальды химиялық атмосфера, мысалы, педогенез[10][11][12][17][18][19][20][21][22] диоктаэдрлік филлосиликаттар береді. Маңыздысы, осы аймақтардың кейбірінде (Mawrth Vallis және Oxia Planum) Fe-Mg скектиттерімен жабылған Al-smectites (олардың барлығы диоктаэдрлік болып көрінеді), содан кейін аллофан мен имоголит сияқты нашар кристалды / аморфты фазалардың ауа-райының профилдері бар. Бұл метеорологиялық профильдер пирокластикалық шөгінді немесе мафиялық құмтас болуы мүмкін шамамен 3,7-3,6 Га магмалық шөгіндімен жабылған,[23] жердегі магмалық шөгінділердің астына көмілген палеозолдарға ұқсас.[24][25][26] Бұл стратиграфиялық профильдердің қалыңдығы 200 м-ге дейін, жеке қабаттарының қалыңдығы 10 м немесе одан аз болатын көрінеді.[23] Бұл стратиграфия Ноушей Марстың мүмкін салқындауы мен кебуін көрсетеді және органикалық заттарды немесе басқа заттарды сақтап қалуы мүмкін биосигнатуралар саздың құрамы (~ 50%) және саз минералогиясы (2: 1 смектит) өте жоғары болғандықтан[27] жерленген жыныстардың[13]

Марс-Жердегі аналогтық палеозолдар

Ай мен Марста өсімдіктер өсіру

Марстағы топырақта өсімдіктер тіршілік ету үшін қажет қоректік заттар бар. Оттегі, көміртегі, сутегі, азот, калий, фосфор, кальций, магний, күкірт, темір, марганец, мырыш, мыс, молибден, бор және хлордың барлығы Марс жерінде немесе Марс метеориттерінде анықталған. Орналасқан жеріне байланысты тыңайтқыштарды топыраққа қосу қажет болуы мүмкін.[28] Ай мен Марсты зерттеу Ай мен Марстағы топырақтың минералды құрамы туралы ақпарат берді. Өсімдіктердің өсуіне қажетті барлық минералдар реактивті азотты қоспағанда, екі топырақта да жеткілікті мөлшерде болатын сияқты. Реактивті түрдегі азот (NO3, NH4) өсімдіктің барлық өсуіне қажетті минералдардың бірі болып табылады. Жердегі реактивті азоттың негізгі көзі - бұл органикалық заттарды минералдандыру. Реактивті түрдегі азот (NO3, NH4) өсімдіктердің барлық өсуіне қажет эфирминералдардың бірі болып табылады. Реактивті азот біздің күн жүйесіндегі материалдың бөлігі және ай мен Марстағы реактивті азоттың көзі, күн желінің бөлігі. Реактивті азот найзағай немесе вулкандық белсенділіктің әсерінен де пайда болуы мүмкін және екі процесс те Марста жүруі мүмкін, бұл негізінен реактивті азоттың болуы мүмкін екенін көрсетеді. Алайда, Mars Pathfinder реактивті азотты анықтай алмады. Осылайша, реактивті азоттың көпшілігінің нақты болуы белгісіз болып қалады. Жеткілікті реактивті азоттың болуы азотты бекіту түрлерін қолдану арқылы шешілуі мүмкін. Бактериялары бар симбиоздарда цитрогендік бекітпелер азотты ауамен байланыстыра алады және оны нитраттарға айналдырады, бұл процесс атмосферада азотты қажет етеді. Алайда, Айда атмосфера жоқ, ал Марста ол аз ғана қатысады және құрамында азоттың іздері бар. Марста өсімдіктер өсіру мүмкіндігін зерттеуге арналған алғашқы масштабты бақыланатын эксперимент және айдағы топырақты тренажерлер туралы есептер жарияланған. Нәтижелер көрсеткендей, өсімдіктер 50 күн бойы Марсқа да, Айға да ұқсастығы бар топырақтарда ешқандай қоректік қоспаларсыз өзгеріп, өсе алады. Марстағы өсу мен гүлдеу реголиттік симуляторда Айдың реголиттік симуляторына қарағанда әлдеқайда жақсы болды, тіпті біздің өсімдіктерге қарағанда сәл жақсы өзеннің нашар топырағын қоректік заттармен бақылау. Рефлекстелген тас тас (жабайы өсімдік); қызанақ, бидай және кресс дақылдары; қыша өсімдігінің қыша түрлері қыша әсіресе жақсы орындалды. Соңғы үшеуі гүлденген, ал кресс және дала қыша тұқымдары қатар өсірілген. Нәтижелер көрсеткендей, негізінен Martian және Lunarsoil симуляторларында дақылдар мен өсімдіктердің басқа түрлерін өсіруге болады. Алайда, тренажерлардың су өткізу қабілеті және басқа физикалық сипаттамалары, сонымен қатар тренажерлар нақты топырақтың өкілі бола ма деген көптеген сұрақтар қалады.[7]

Перхлораттар

Болуы перхлораттар топырақта Марста көкөніс өсіру ерекше қиынға соғады. Марста озон қабаты болмағандықтан, ультрафиолет сәулелері планетаның бетіне енеді. Перхлораттар ультрафиолет сәулесінің әсерінен уланып, бактериялар әсер еткеннен бірнеше минут ішінде жойылады. Зерттеулер Марстағы топырақта болатын темір оксидтері мен сутегі асқын тотығы перхлораттардың уыттылығын арттырады деп болжайды.[29] Марста табылған перхлораттардың жоғары деңгейі (0,05%) адамдар мен ауылшаруашылық дақылдары үшін улы болатын және ракеталық отын үшін пайдаланылатындай шоғырланған.[30] Зерттеулер сулы перхлораттардың төмен концентрациясы өсімдіктердің биіктігін, салмағын, хлорофиллін және тотығу қабілетін тежейтіндігін көрсетеді. Бір өсімдік, мысалы, E. crassipes, перхлораттарға төзімділігі жоғары және Марста өсуге өте қолайлы өсімдік болуы мүмкін.[31] Перхлораттар ластанған ортада өсірілсе, өсімдік тінінде жиналуы мүмкін. Тіпті микроэлементтер адамның қалқанша безінің жұмысына кедергі келтіретіндіктен, Марс топырағында перхлораттардың болуы колония пайда болғанға дейін шешілуі керек маңызды мәселе болып табылады.[32]

Ерте Жер

.
Батыс Австралияның Пилбара аймағындағы Панорама түзілімінен 3,5 миллиард жылдық палеозолдар қалпына келтірілді[33]

Австралияның солтүстік-батысындағы Пилбара аймағындағы топырақ профильдері фосфордың сарқылуын анық көрсетеді. Күкірт бактерияларының жалпы метаболизмі гипс және барит сияқты сульфаттарға тотығу болып табылады. Бұл минералдар қазіргі кезде Жерде кездесетін анаэробты қышқыл-сульфатты топырақтар болып табылады және олар сульфаттың архей палеозолдарында жинақталуының ықтимал себебі болып саналады. Бұл Архей кезеңіндегі Жердегі палеозолдардағы тіршіліктің жан-жақты дәлелдерін көрсетеді, 3,42 - 3,46 Ga [1].

Тіршіліктің пайда болуы

.
Әр түрлі метеориттік аналық денелер мен планетарлық беттердегі топырақ типтерінің гипотетикалық эволюциясы[2]

Тіршіліктің топырақта пайда болғандығы туралы теорияның тартымдылығы: топырақ микроскопиялық реакция камераларының жиынтығын қамтамасыз етіп, саздың дәндерінің арасына суды түсіреді.[1] Бұл сондай-ақ көрсетілген механизмдер арқылы органикалық қосылыстардың түзілуіне ықпал етуі мүмкін Урей-Миллер эксперименті, сондықтан планетарлық беттер жабылған болатын көміртекті хондрит. Балшық және органикалық топырақтар эрозиядан қорғалған, сондықтан саз және органикалық заттар өндіріле береді. Бір клеткалы тіршілік, ол дамыған кезде, топырақты байланыстыру мақсатына да қызмет еткен болар еді. Өмір сүруге қажетті ингредиенттер әлі күнге дейін тіршілікке ықпал ететін ауа райының циклімен қамтамасыз етілген.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б в Реталлак, Дж. (2016). «Астропедология: палеозолдар және тіршіліктің бастауы». Бүгінгі геология. 32 (5): 172–178. дои:10.1111 / gto.12149.
  2. ^ а б Реталлак, Дж. (2001). Өткен топырақтар. Блэквелл.
  3. ^ «Топырақ және өсімдік туралы ғылымның жаңа шегі: астропедология және ғарыштық ауыл шаруашылығы». scisoc.confex.com. Алынған 3 мамыр 2019.
  4. ^ ван Эс, Гарольд (5 қазан 2017). «Топырақтың жаңа анықтамасы». Топырақтың жаңа анықтамасы: SSSA.
  5. ^ prohects.ncsu.edu/project/agronauts/mission3_5.htm
  6. ^ curator.jsc.nasa.gov/lunar/letss/regolith.pdf
  7. ^ Штегервальд, Билл (6 тамыз, 2017). «NASA-ның жаңа зерттеуі Аполлонның Ай үлгілеріндегі органикалық заттардың пайда болуын анықтады». nasa.gov.
  8. ^ а б в Реталлак, Дж. (2014). «Палеозолдар және ерте Марстың палеоэнтроменттері». Геология. 42 (9): 755–758. Бибкод:2014Geo .... 42..755R. дои:10.1130 / G35912.1. S2CID  129371287.
  9. ^ а б Бишоп, Дж.Л. және басқалар, 2008 ж., Филлосиликаттардың әртүрлілігі және өткен сулы белсенділігі Марста Валлисте, Марста анықталды. Ғылым, 321, 10-13, дои: 10.1126 / ғылым.1159699
  10. ^ а б Bishop, JL, Loizeau, D., Mckeown, NK, Saper, L., Dyar, MD, Des, DJ, Parente, M. and Murchie, SL, 2013, Маврт Валлистегі ежелгі филлосиликаттар бізге не туралы айтуы мүмкін? ерте Марстағы тұрақтылық: Планетарлық және ғарыштық ғылым, т. 86, б. 130–149, дой: 10.1016 / j.pss.2013.05.006
  11. ^ а б в Картер, Дж., Лизо, Д., Мангольд, Н., Пулет, Ф. және Бибринг, Дж., 2015, Марстың басында беткейлік ауа-райының кең таралуы: Жылы және ылғалды климат жағдайы: Икар, т. 248, б. 373–382, дой: 10.1016 / j.icarus.2014.11.011.
  12. ^ а б Епископ, Дженис; Рампа, Элизабет Б .; Велбел, Майкл А .; Лесли Л. Бейкер; Гаго-Дюпорт, Луис; Михалский, Джозеф Р .; Фэрен, Альберто Дж.; Епископ, Дженис Л. (наурыз 2018). «Ежелгі Марста қысқа мерзімді жылы және ылғалды жағдайда жер үсті сазының түзілуі». Табиғат астрономиясы. 2 (3): 206–213. Бибкод:2018NatAs ... 2..206B. дои:10.1038 / s41550-017-0377-9. ISSN  2397-3366. PMC  7008931. PMID  32042926.
  13. ^ Эхман, Бетани Л.; Қыша, Джон Ф .; Мурчи, Скотт Л .; Бибринг, Жан-Пьер; Мюнье, Ален; Фрейман, Эбигейл А .; Ланжевин, Ив (2011 жылғы 2 қараша). «Марстың алғашқы тарихындағы жер асты сулары мен сазды минералды түзілімдер». Табиғат. 479 (7371): 53–60. Бибкод:2011 ж. 479 ... 53E. дои:10.1038 / табиғат10582. PMID  22051674. S2CID  4355955.
  14. ^ Макмахон, С .; Босак, Т .; Гроцингер, Дж. П .; Милликен, Р. Е .; Шақыру, Р.Е .; Дэй, М .; Ньюман, С.А .; Фрейман, А .; Виллифорд, К.Х .; Briggs, D. E. G. (мамыр 2018). «Марстағы қалдықтарды табуға арналған далалық нұсқаулық». Геофизикалық зерттеулер журналы: Планеталар. 123 (5): 1012–1040. Бибкод:2018JGRE..123.1012M. дои:10.1029 / 2017JE005478. PMC  6049883. PMID  30034979.
  15. ^ Михалский, Джозеф Р .; Куадрос, Хавьер; Епископ, Дженис Л .; Дарби Дяр, М .; Деков, Весселин; Fiore, Saverio (қазан 2015). «Марстағы Fe / Mg-ге бай smectitic саздардың кристаллохимиясындағы шектеулер және әлемдік өзгеру тенденцияларымен байланысы». Жер және планетарлық ғылыми хаттар. 427: 215–225. Бибкод:2015E & PSL.427..215M. дои:10.1016 / j.epsl.2015.06.020.
  16. ^ Михалски, Дж.Р., Куадрос, Дж., Бишоп, Дж.Л., Дяр, м.ғ.д., Деков, В. өзгеру тенденциялары: Жер және планетарлық ғылыми хаттар, 427 т., б. 215–225, дой: 10.1016 / j.epsl.2015.06.020.
  17. ^ Хорган, Б., Бейкер, Л., Картер, Дж. Және Чадвик, О., 2017, Ерте Марстың минералды жазбаларында климаттық қолтаңба қайда? Ерте Марстағы төртінші конференция 2017 ж., 3077 т., Б. 2014–2015, дой: 10.1038 / ncomms15978.
  18. ^ Noe Dobrea, EZ, McAdam, AC, Freissinet, C., Franz, H., Belmahdi, I., Hammersley, MR, and Stoker, CR, 2016, Боялған шөлдегі ораниканы сақтау механизмдерін сипаттайтын: MSL, Exo-Mars және Mars 2020 сабақтары: 47-ші Ай және планетарлық ғылыми конференция, б. Реферат # 2796.
  19. ^ Хорган, Б., 2016, Ежелгі Марсидің суб-аэро-беткі орталарындағы биосигнатураларды іздеу стратегиялары: биосигнатураны сақтау және Марстағы аналогтық ортада анықтау, б. 7463, дои: 10.1089 / ast.2016.1627
  20. ^ Бристоу, ТФ, Рампе, Э.Б., Ахилл, КН, Блейк, Д.Ф., Чипера, С.Ж., Крейг, П., Крисп, Дж.А., Мэрайс, Д.Ж. Des, Downs, RT, Gellert, R., Grotzinger, JP, Gupta, S., Hazen, RM, Horgan, B. және басқалар, 2018, Гейл кратерінің шөгінді жыныстарындағы саз балшықтарының әртүрлілігі және көптігі, Марс: Ғылымның жетістіктері , 4-т. 1-9.
  21. ^ ] Retallack, G.J., 2014, Палеозолдар және ерте Марстың палеоэн орталары: Геология, 42-бет, б. 55–758, дой: 10.1130 / G35912.1.
  22. ^ а б Loizeau, Damien (2016). «Mars 2020 үміткер қонуға арналған сайттың мәліметтері: Mawrth Vallis» (PDF). NASA реактивті қозғалыс зертханасы.
  23. ^ Реталлак, Григорий Дж .; Бестланд, Эрик А .; Фремд, Теодор Дж. (1999), «Орталық Орегондағы эоцен және олигоцен палеозолдары», Арнайы қағаз 344: Орталық Орегондағы эоцен және олигоцен палеозолдары, Американың геологиялық қоғамы, 1–192 бет, дои:10.1130/0-8137-2344-2.1, ISBN  0813723442
  24. ^ Әнші, Арие (1994). «Палеоклимат Израильдің солтүстігіндегі кейбір юра дәуіріндегі базальттан алынған палеозолдардан алынған». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология. 111 (1–2): 73–82. Бибкод:1994PPP ... 111 ... 73S. дои:10.1016/0031-0182(94)90348-4.
  25. ^ Шелдон, Натаниэль (2003). «Картинка шатқалының кіші тобының педогенезі және геохимиялық өзгерісі, Колумбия өзені базальты, Орегон». GSA бюллетені. 115 (11): 1377–1387. Бибкод:2003GSAB..115.1377S. дои:10.1130 / B25223.1. S2CID  15558962.
  26. ^ Эхман, Бетани Л.; Қыша, Джон Ф .; Фассетт, Калеб I .; Шон, Сэмюэл С .; III бас, Джеймс В.; Дес Мара, Дэвид Дж .; Грант, Джон А .; Мурчи, Скотт Л. (маусым 2008). «Дельта шөгінділеріндегі балшық минералдары және Марстағы органикалық консервілеу әлеуеті» (PDF). Табиғи геология. 1 (6): 355–358. Бибкод:2008NatGe ... 1..355E. дои:10.1038 / ngeo207. ISSN  1752-0894.
  27. ^ «Өсімдіктер Марс топырағымен бірге өсе ала ма?». 2015-10-05.
  28. ^ «Марста табылған улы топырақ өсіп келе жатқан көкөністерді қатал етуі мүмкін». 2017-07-07.
  29. ^ «Улы Марс: Ғарышкерлер қызыл планетада перхлоратпен айналысуы керек».
  30. ^ Ол, Хончжи; Гао, Хайшуо; Чен, Гуйкуй; Ли, Хуашоу; Лин, Хай; Шу, Чжэнчжэнь (15 мамыр 2013). «Перхлораттың төрт сулы-батпақты өсімдіктің өсуіне және оның өсімдік тіндерінде жиналуына әсері». Қоршаған ортаны қорғау және ластануын зерттеу. 20 (10): 7301–7308. дои:10.1007 / s11356-013-1744-4. PMID  23673920. S2CID  21398332.
  31. ^ Хмиеловски, Трейси (2017). «Жерден тыс топырақ және ғарыштық ауыл шаруашылығы». CSA жаңалықтары. 62 (5): 4–8. дои:10.2134 / csa2017.62.0517.
  32. ^ Реталлак, Дж. (2018). «Жердегі ең ежелгі палеозол профильдері: 3.46 Га Панорама түзілуі, Батыс Австралия». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология. 489: 230–248. Бибкод:2018PPP ... 489..230R. дои:10.1016 / j.palaeo.2017.10.013.