Opwindend methaan

Methaan in de atmosfeer van Mars. De Europese satelliet Mars Express trof het gas in kleine concentraties aan. Tekenen van ondergrondse bacteriën of van actief vulkanisme?

Er heerst verborgen opwinding onder planetaire wetenschappers, astrobiologen en anderen die de mogelijkheid van `leven' op Mars onderzoeken. Een spectrometer aan boord van de Europese satelliet Mars Express heeft in de atmosfeer van Mars sporen van het gas methaan gevonden. Dit zou kunnen wijzen op de aanwezigheid van levende bacteriën in de ondergrond van Mars. Maar het kan net zo goed een teken van actief vulkanisme zijn, dat methaan uit de diepte naar boven brengt.

De ESA bracht haar ontdekking deze week, na kennelijke aarzeling, in een persbericht naar buiten (www.esa.int). Science had het nieuws al in de uitgave van 26 maart opgenomen, Nature publiceerde een bericht op haar website.

Van belang is dat twee onafhankelijke instituten de waarneming min of meer, maar nog niet definitief, bevestigen. NASA's Goddard Space Flight Center (GSFC) en de Catholic University of America hadden al eerder bekend gemaakt vanaf de aarde via telescopen sporen van methaan op Mars te hebben waargenomen.

De opwinding is groot omdat vast staat dat de halfwaardetijd van methaan op Mars maar kort is. De zeer ijle Mars-atmosfeer (die voornamelijk bestaat uit kooldioxide en nog wat stikstof en argon) houdt de ultraviolette straling van de zon nauwelijks tegen. Daardoor wordt eventueel aanwezig methaan er, al of niet in samenspel met hydroxyl-radicalen, snel afgebroken of omgezet. Als er meetbare hoeveelheden methaan aanwezig zijn betekent dat bijna zeker dat er voortdurend methaan wordt aangevoerd.

absorptielijnen

Begin september maakte Michael Mumma van GSFC al op een vergadering van de American Astronomical Society in Washington bekend dat hij met gevoelige spectrometers via twee verschillende telescopen (op Hawaii en in Chili) de typische absorptielijnen van methaan in het infrarode deel van het spectrum (rond 3,3 micrometer) had waargenomen. Mumma is nog niet zeker van zijn metingen en gaat die herhalen, maar Vladimir Krasnapolsky van de Catholic University in Washington DC kwam langs dezelfde weg (en ook bij 3,3 micron) met behulp van een andere telescoop op Hawaii tot hetzelfde resultaat. Hij rapporteert erover op de komende vergadering van de European Geosciences Union in Nice (25 tot 30 april). Zijn bevindingen staan al op internet: `evidence for life'.

Nu is er het meetresultaat van ESA's Mars Express. De Mars Express kwam in december in een sterk elliptische baan om Mars en seint sinds januari wetenschappelijke waarnemingen naar de aarde. Daaronder ook die van de Planetaire Fourier Spectrometer (PFS), die speciaal ontworpen is voor analyse van de Mars-atmosfeer. De spectrometer meet absorbties en emissies in het infrarode deel van het spectrum (tussen 1,5 en 45 micron). Het ESA-instrument heeft een geringer scheidend vermogen dan de spectrometers op aarde maar ondervindt natuurlijk geen storing van de aardse atmosfeer. Ook de PFS registreerde rond 3,3 micron de typische absorptie van methaan. Men leidt er, zoals de anderen, een methaanconcentratie van ongeveer 10 ppb (parts per billion) van af. Dat ligt maar weinig boven de detectiegrens.

Na de onterechte commotie rond de vermeende sporen van nano-bacteriën in de Mars-meteoriet ALH84001 (augustus 1996) heeft de ESA kennelijk besloten behoedzaam te opereren. Onderzoeker Vittorio Formisano, eerst verantwoordelijke voor de analyse van de PFS-metingen, onthoudt zich van een expliciete conclusie en neigt zelfs tot vulkanisme als verklaring. Op Jupiter en Saturnus bevindt zich ook veel methaan: een overblijfsel uit de beginperiode van het zonnestelsel. Waarom dan niet diep in ondergrond van Mars, nu en dan aan de oppervlakte gebracht door vulkanisme?

Dit contrasteert met de persberichten die vóór de lancering van de Mars Express en de daaraan gekoppelde Britse Beagle-2 lander werden uitgegeven. Als we methaan vinden zou dat op leven kunnen wijzen, zei hij toen nog. En de Britse ploeg die de Beagle-2 ontwierp liet zelfs noteren dat `biologische activiteit de meest aannemelijke verklaring' voor eventueel aan te treffen methaan zou zijn (www.beagle2.com). Mumma en Krasnapolsky staan nog steeds op dit standpunt, ongeacht Mumma's twijfel aan zijn waarneming.

gedoofd

Tot op heden is namelijk op Mars geen spoor van levend vulkanisme of andere geothermische activiteit (hete bronnen, etc.) gevonden. De Olympus Mons, de enorme vulkaan die 25 km boven het Mars-oppervlak uitsteekt, is al tientallen miljoenen jaren geleden gedoofd. Anderzijds is dat voor geologen nog maar kort geleden.

Daar tegenover staat dat op aarde, waar nog veel werkzame vulkanen zijn, vulkanisme geen methaan van betekenis in de atmosfeer lijkt te brengen. Alle methaan in de aardse atmosfeer is uiteindelijk van biogene herkomst, zelfs het methaan dat vrijkomt bij de winning van steenkool en aardgas.

Methaanvormende bacteriën op aarde zijn aangewezen op volstrekt zuurstofloze (anaerobe) omstandigden en kunnen CO2, maar ook andere organische verbindingen, als koolstofbron gebruiken, mits er de juiste begeleidende stoffen aanwezig zijn die de reductie van CO2 tot CH4 mogelijk maken. In principe kan in de ondergrond van Mars, waar mogelijk vloeibaar water aanwezig is, een geschikt milieu voorkomen.

Op korte termijn gaat het er nu vooral om de voorlopige waarnemingen te bevestigen en te zoeken naar variaties (zowel in plaats als in tijd) in de methaanconcentraties. Daaruit kan worden afgeleid op welke plaatsen het methaan vrijkomt. Ander onderzoek zal erop gericht zijn vulkanisme als mogelijke methaanbron uit te sluiten. Als het methaan van vulkanische oorsprong is zullen ook andere vulkanische gassen in de Mars-atmosfeer moeten voorkomen. Bovendien gaat vulkanisme meestal gepaard met een lokale verhitting van de bodem. Die verhitting is met gevoelige instrumenten (de TES en de Themis) in de Nasa-satellieten Mars Global Surveyor en Mars Odyssey op te sporen.