Bằng chứng địa chất cho thấy Sao Hỏa có điều kiện thích hợp cho sự hình thành dầu từ hàng tỷ năm trước, đặt ra câu hỏi về sự tồn tại của hydrocarbon trên hành tinh đỏ. Các nhà nghiên cứu đang phân tích xem liệu đời sống vi sinh vật có thể đã phát triển mạnh mẽ ở các đại dương sao Hỏa cổ đại có còn sót lại sau khi biến thành nhiên liệu hóa thạch như đã xảy ra trên Trái đất trong Thời kỳ Archean hay không.
Sự so sánh giữa các quá trình tạo ra dầu trên mặt đất và các điều kiện lịch sử của Sao Hỏa mở đường cho những nghiên cứu sâu hơn về nguồn gốc sự sống trong Hệ Mặt trời. Các nhà địa chất đã ghi lại bằng chứng cho thấy Sao Hỏa duy trì nước lỏng trên bề mặt của nó hơn 3 tỷ năm trước, tạo ra môi trường có khả năng sinh sống cho các sinh vật đơn bào.
Sự hình thành dầu mỏ trên Trái đất và bằng chứng Archean
Dầu trên mặt đất có nguồn gốc chủ yếu từ tàn tích của các vi sinh vật biển cổ đại, tảo và vi khuẩn tích tụ dưới đáy đại dương nguyên thủy. Những sinh vật này bị chôn vùi dưới các lớp trầm tích và biến thành hydrocarbon do nhiệt độ và áp suất cực cao trong hàng triệu năm. Hầu hết các khoản tiền gửi được biết đến đều có niên đại từ thời Mesozoi, từ 66 đến 252 triệu năm trước.
Các nghiên cứu do nhà địa chất học Birger Rasmussen thuộc Đại học Tây Úc dẫn đầu đã tiết lộ dầu có tuổi đời lâu hơn nhiều. Năm 1998, nhóm của ông đã phát hiện ra những giọt dầu cực nhỏ được bảo quản trong các hạt khoáng chất bên trong những tảng đá hơn 3 tỷ năm tuổi ở vùng Pilbara của Australia. Năm năm sau, vào năm 2005, Rasmussen đưa ra bằng chứng cho thấy dầu trong đá 3,2 tỷ năm tuổi được tạo ra từ chất hữu cơ bị phân hủy.
Các phân tích của Rasmussen về hai chuỗi đá phiến đen 2,63 và 3,2 tỷ năm tuổi được bảo tồn tốt đã xác định được các vệt kerogen mỏng, tiền thân dạng sáp của nhiên liệu hóa thạch hình thành từ chất hữu cơ. Cả hai loại đá phiến đều chứa các hạt bitum cực nhỏ, cặn giống như nhựa đường còn sót lại khi dầu di chuyển khỏi đá phiến. Những phát hiện này chỉ ra rằng đại dương cổ đại đã tràn ngập sự sống đơn bào cách đây 3,25 tỷ năm, tạo ra lượng dầu tràn lan.
Đời sống vi sinh vật và hồ sơ hóa thạch từ Archean
Thời kỳ Archean, kéo dài khoảng 4 tỷ đến 2,5 tỷ năm trước, đánh dấu kỷ nguyên quan trọng trong đó lớp vỏ Trái đất cứng lại, đại dương hình thành và sự sống xuất hiện. Các sinh vật đơn bào đơn giản đầu tiên, chẳng hạn như vi khuẩn lam, phát triển mạnh trong thời kỳ này, để lại các hóa thạch được gọi là stromatolites.
Vào năm 2021, Rasmussen và các đồng nghiệp đã báo cáo việc phát hiện ra loại dầu cổ xưa trong đá stromatolite và vi hóa thạch từ Gunflint, có niên đại 1,88 tỷ năm. Dầu mỏ bị biến đổi nhiệt đã được tìm thấy lấp đầy các lỗ rỗng và vết nứt, có nguồn gốc từ tảo và vi khuẩn ở các vùng biển thời Tiền Cambri cổ đại. Sự hiện diện của các thể vùi chất lỏng chứa dầu mỏ và pyrobitum trong đá thời Thái Cổ cho thấy rằng một lượng sinh khối lớn đã tồn tại trên Trái đất từ 3,25 tỷ năm trước.
Hoạt động phong phú của vi sinh vật đã được bảo tồn trong các hạt pyrit keo 3,4 tỷ năm tuổi từ môi trường trầm tích Archean. Những hồ sơ này chứng minh rằng sự sống ban đầu đủ phong phú để để lại những tàn tích hóa thạch ở quy mô địa chất.
Điều kiện lịch sử trên Sao Hỏa và sự hiện diện của nước
3,25 đến 3,4 tỷ năm trước, Sao Hỏa đã là một hành tinh ẩm ướt. Các đặc điểm địa chất bề mặt cho thấy nước ở dạng lỏng đã tồn tại ở sông, hồ, đại dương và tầng ngậm nước trên sao Hỏa trong hơn 3 tỷ năm. Sự tồn tại của khối lượng lớn nước lỏng đã được chứng thực bằng dữ liệu địa chấn và trọng lực thu được ở độ sâu lên tới 20 km gần tàu đổ bộ InSight của NASA.
Sao Hỏa mất đi lượng nước lỏng dai dẳng trên bề mặt sau khi phần lớn bầu khí quyển của nó thoát ra ngoài không gian. Nước bề mặt cổ xưa sau đó được tích hợp vào các khoáng chất trên sao Hỏa, bị chôn vùi dưới dạng băng, cô lập dưới dạng chất lỏng trong các tầng ngậm nước sâu hoặc thất lạc trong không gian. Bất chấp sự mất mát này, bằng chứng địa chất cho thấy Sao Hỏa vẫn duy trì các điều kiện phù hợp cho đời sống vi sinh vật trong một thời gian đáng kể.
Sự sống có thể đã xuất hiện trên sao Hỏa trước Trái đất. Điều này là do nhiệt bị giữ lại trong quá trình hình thành hành tinh tỷ lệ thuận với thể tích của hành tinh nhưng thoát ra ngoài qua bề mặt của nó. Tỷ lệ bề mặt trên thể tích của Sao Hỏa lớn hơn Trái đất 1,87 lần, ngụ ý rằng hành tinh này nguội đi đến nhiệt độ có khả năng hỗ trợ hóa học của sự sống trước khi Trái đất đạt đến giai đoạn này.
Khả năng có dầu trên sao Hỏa và ý nghĩa khoa học
Nếu sinh vật phù du, tảo và vi khuẩn sống ở sông, hồ, đại dương và tầng ngậm nước trên sao Hỏa, thì tàn tích của chúng có thể đã trải qua các quá trình tương tự như quá trình tạo ra dầu cổ xưa trong đá Archean mà Rasmussen nghiên cứu. Trình tự thời gian và điều kiện địa chất cho thấy Sao Hỏa có thể cung cấp môi trường thuận lợi cho việc tạo ra hydrocarbon hóa thạch.
Việc phát hiện ra dầu trên sao Hỏa sẽ có ý nghĩa sâu sắc trong việc tìm hiểu sự sống ban đầu trong Hệ Mặt trời. Loại dầu này sẽ cung cấp một bản ghi độc đáo về thời điểm sự sống có thể bắt đầu sớm trên sao Hỏa và liệu nó có giống sự sống trên Trái đất hay không. Nếu thành phần hóa học của sự sống sơ khai trên sao Hỏa tương tự như thành phần của sự sống ở các đại dương thời tiền Cambri cổ đại trên Trái đất thì khám phá này sẽ gợi ý rằng hai hành tinh có chung một tổ tiên.
Bằng chứng chính hỗ trợ cuộc điều tra này bao gồm:
- Nước lỏng trên sao Hỏa hơn 3 tỷ năm trước, được xác nhận bởi đặc điểm địa chất bề mặt
- Điều kiện khí quyển và nhiệt độ cho phép các quá trình sinh học
- Khoảng cách tạm thời giữa sự sống tiềm năng trên sao Hỏa và sự sống sơ khai trên Trái đất
- Các cơ chế địa chất đã biết để chuyển hóa chất hữu cơ thành hydrocarbon
Panspermia và sự kết nối giữa các hành tinh
Trong Vụ ném bom vĩ đại muộn, từ 4,1 đến 3,8 tỷ năm trước, một trận mưa tiểu hành tinh và sao chổi đã tấn công cả Trái đất và Sao Hỏa, có khả năng trao đổi sự sống của vi sinh vật trong các tảng đá được chuyển giao giữa hai hành tinh. Bởi vì sao Hỏa lần đầu tiên nguội đến nhiệt độ có thể ở được nên quá trình panspermia này có nhiều khả năng đưa sự sống sao Hỏa đến Trái đất sớm hơn so với chiều ngược lại.
Sự tiếp xúc sớm giữa các hành tinh có thể dẫn đến sự hình thành các vi khuẩn nguyên thủy giống hệt nhau trên cả hai thiên thể. Khả năng này cho thấy sự sống trên cả hai hành tinh có thể có chung một tổ tiên hoặc đã được truyền qua không gian giữa các vì sao. Việc ghi lại dầu cổ trên sao Hỏa sẽ cung cấp bằng chứng cụ thể về mối liên hệ vũ trụ này.
Các ứng dụng trong tương lai trong thám hiểm sao Hỏa
Nếu dầu được phát hiện trên sao Hỏa, nó sẽ thúc đẩy nền kinh tế sao Hỏa trong tương lai. Oxy cần thiết cho quá trình đốt cháy hoặc hô hấp có thể được tạo ra bằng cách điện phân nước sử dụng ánh sáng mặt trời. Các trầm tích dưới lòng đất có thể được khám phá bằng cách sử dụng các kỹ thuật được áp dụng trên Trái đất, bao gồm khảo sát địa chấn và trọng lực, sau đó là khoan giếng sâu.
Tàu đổ bộ InSight của NASA đã ghi lại hơn 1.300 cơn chấn động trên sao Hỏa, dữ liệu có thể giúp xác định vị trí các mỏ hydrocarbon. Việc phát hiện ra dầu sao Hỏa cổ đại sẽ có giá trị khoa học vô cùng lớn, tiết lộ sự sống nguyên thủy bắt đầu như thế nào trên một hành tinh khác và liệu nó có chia sẻ các đặc điểm hóa học cơ bản với sự sống trên cạn hay không. Cuộc điều tra này thể hiện việc tìm kiếm nguồn gốc vũ trụ của sự sống trong Hệ Mặt trời.