Ved å bruke infrarøde spektroskoper på to forskjellige, bakke-baserte teleskoper på Hawaii, observerte forskerne metan- og vanngass gjennom 3 Mars-år (7 jord-år) mellom 2003 og 2006. Observasjonene dekket over 90% av overflaten til Mars. De fant at innholdet av metan i atmosfæren varierer gjennom sesongene og at metanet sprer seg som en slags røyksky fra flere kilder på overflaten.
Atmosfæren til Mars inneholder hovedsakelig karbondioksid (95,3%), i tillegg til litt nitrogen (2,7%), karbonmonoksid (0,07%), oksygen (0,13%), argon (1,6%) og bittelitt vanndamp. Andre atomer og molekyler, som for eksempel metan, er ekstremt sjeldne. Metan dannes så og si ikke gjennom kjemiske prosesser i atmosfæren, og i tillegg vil ikke metan overleve lenge i atmosfæren før det brytes ned, slik at det ikke finnes gammel metan der heller. Dette betyr at den metanen som blir observert, må ha sluppet ut i atmosfæren nylig på grunn av prosesser på og under overflaten. Metan i atmosfæren til Mars ble påvist for første gang i 2003, men nå har man altså klart å påvise at metanet stammer fra spesifikke kilder på overflaten.
Metan brytes ned i atmosfæren
Metan vil ikke kunne overleve mer enn noen hundre år i atmosfæren til Mars på grunn av UV-stråling fra solen som bryter ned molekylene (fotolyse). Observasjonene indikerer at levetiden til metan er enda kortere enn dette, bare noen få år eller mindre. Dette tyder på at det er flere kjemiske prosesser i sving, ikke bare fotolyse. Oksidasjon er en kandidat. Dette er når oksygen og metan slår seg sammen til formaldehyd. Elektrokjemiske prosesser i støvstormer er en annen kandidat.
Animasjon som viser de forskjellige prosessene som kan ødelegge metan i atmosfæren til Mars. På bildet vises fotolyse hvor UV-stråling splitter metan opp i metyl og hydrogen. Klikk på bildet for å se animasjonen (4,1 MB).
Animasjon: NASA
Hvor kommer metanet fra?
"Skyene" med metan ble frigjort i de varme sesongene, på våren og sommeren. Dette skyldes muligens at permafrosten blokkerer sprekker om vinteren som metan ellers ville ha steget opp fra. Om sommeren vil permafrosten fordampe og forsvinne, slik at metan kan slippe ut av sprekkene i overflaten. Merkelig nok inneholdt ikke alle de observerte skyene vanndamp, bare noen av dem. Hvis permafrost er den skyldige i at metan ikke slipper ut i atmosfæren om vinteren, så skulle man forvente å se vanndamp blandet med metanet når permafrosten tiner og fordamper.
Metanet ble observert over områder hvor man kan se bevis på at det har vært is eller flytende vann på overflaten for lenge siden. For eksempel så man metan-skyene over områder som Arabia Terra i Nili Fossa-regionen og over Syrtis Major, en eldgammel vulkan. Det kan hende at det finnes flytende vann under overflaten i disse områdene. I så fall kan mikroskopisk liv leve her, og produsere metan som så slippes ut om sommeren når isen over smelter og fordamper. På Jorden har man eksempel på liv som overlever under slike ekstreme forhold blant annet i Sør-Afrika. Her lever det mikroskopisk liv 2-3 kilometer under jordoverflaten som overlever fordi naturlig radioaktivitet splitter vannmolekyler til hydrogen-molekyl og oksygen. De bruker hydrogenet som energikilde og i denne prosessen produserer de metan av karbondioksid. Kanskje er det noe lignende som skjer på Mars.
Det er også mulig at metanet stammer fra vulkansk aktivitet, men så langt har man ikke klart å finne noen vulkanske aktive områder på Mars, til tross for iherdig leting. På Jorden kan jernoksid (rust) sammen med serpentinitt-mineraler danne metan, og den samme prosessen kan foregå på Mars ved hjelp av karbondioksid og varme fra planetens indre (geovarme). Uansett hvilken forklaring som ligger bak, så vil det være en viktig oppdagelse når man klarer å bestemme årsaken. For å klare dette må det nok framtidige romfartøy til, slik som NASAs Mars Science Laboratory.
Animasjon som viser to forskjellige forklaringer på hvordan metan kan ha sluppet ut i atmosfæren når permafrosten på overflaten smelter og fordamper. (Animasjon: NASA/Susan Twardy)