Jakub CIĄŻELA: Polacy przystępują do poszukiwań złota na Marsie

TSF Jazz Radio

Polacy przystępują do poszukiwań złota na Marsie

Jakub CIĄŻELA

Pracownik Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk. Zajmuje się migracją metali i poszukiwaniem nowych złóż. Prowadzi badania na kontynentach i oceanach, wykorzystując te doświadczenia w eksploracji Marsa.

Kolonizacja Marsa stała się już tylko kwestią czasu. Żadne inne kosmiczne przedsięwzięcie nie rozbudza tak bardzo ludzkiej wyobraźni. Z podbojem kosmosu wiążą się pytania, które skupiają uwagę zainteresowanych. Tym razem: gdzie szukać złota na Marsie? – pyta Jakub CIĄŻELA

Załogowy lot na Marsa w ciągu 20–30 lat wydaje się całkiem realny przy udziale czołowych agencji państwowych i (lub) liderów branży kosmicznej w sektorze prywatnym. Wstępne kroki w ludzkiej podróży w kosmos postawiono w latach 50. w Związku Radzieckim. W odpowiedzi na wystrzelenie w 1957 r. pierwszego sztucznego satelity Sputnik 1 Stany Zjednoczone utworzyły 29 lipca 1958 r. słynną dziś agencję NASA. 

W 1960 r. pierwsze dwie sowieckie sondy Mars 1M wybuchły podczas startu. Trzy kolejne próbniki Sowietów w latach 1962–64 nie wyszły poza orbitę ziemską. Skuteczniejsza okazała się NASA. W 1965 r. sonda Mariner 4 zrobiła pierwsze zdjęcie podczas przelotu obok Czerwonej Planety, a sześć lat później na jej orbicie umieszczono słynnego Marinera 9. Po kolejnych niepowodzeniach Sowietów w latach 1971–73 i umieszczeniu przez NASA na powierzchni Marsa lądowników Viking 1 i 2 w 1976 r. stało się jasne, że to Amerykanie wyszli zwycięsko z tego zimnowojennego wyścigu. 

Dla amerykańskich naukowców było to jednak pyrrusowe zwycięstwo. Lata 60. i 70. były bowiem okresem najintensywniejszych prób eksploracji Marsa w historii, kiedy to zaplanowano aż 23 misje. Gdy stało się jednak jasne, że Amerykanie są bezkonkurencyjni, decydenci wstrzymali kolejne misje do 1996 r., chociaż do tego czasu podjęto jeszcze trzy inicjatywy: Phobos 1 i 2 (ZSRR) w 1988 r. i Mars Orbiter (USA) w 1992 r., jednak wszystkie one zakończyły się niepowodzeniem.

Nowa fala zainteresowania Marsem w ostatnich latach wynika oczywiście z postępu technicznego, ale nie tylko. Być może ważniejsze jest to, że w wyścigu pojawili się nowi gracze.

Stany Zjednoczone pozostają liderem, ale udane misje na Marsa przeprowadzają już Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), a także Rosjanie i Hindusi. W przyszłym roku swoje misje planują Chińczycy i Zjednoczone Emiraty Arabskie, a w 2024 r. Japończycy. Tylko w 2020 r. aż cztery agencje kosmiczne zamierzają wysłać sondy na Marsa – trzy z łazikami. Do wyścigu włącza się też sektor prywatny, w którym liderem jest na razie SpaceX. Konkurencja jest silna. Właścicielem drugiej dużej firmy, Blue Origin, jest najbogatszy człowiek na świecie, Jeff Bezos. 

Mars to najlepszy cel, bo w odróżnieniu od innych planet skalistych (Merkurego i Wenus) panują na nim temperatury zbliżone do ziemskich. W takich warunkach mogą istnieć woda i prymitywne życie, a co najważniejsze, człowiek mógłby tam założyć swoje bazy.

Ewentualny habitat na Marsie musi być niemal samowystarczalny. Dlatego jednym z ważniejszych aspektów jest poszukiwanie surowców naturalnych na miejscu. Wodę pozyska się z lodu. Surowców skalnych wszędzie jest pod dostatkiem. Większej wiedzy geologicznej i determinacji wymagać będzie poszukiwanie złóż złota i towarzyszących mu metali chalkofilnych i syderofilnych. 

Pierwiastki chalkofilne i syderofilne są kluczowe w produkcji przewodów elektrycznych. Tradycyjnie używało się do tego głównie miedzi, ale w nowoczesnych urządzeniach, wymagających szybkiego przewodzenia sygnału, takich jak komputery stacjonarne, laptopy czy telefony komórkowe, stosuje się złoto lub srebro. Metale chalkofilne, takie jak srebro, miedź, cynk czy ołów, występują przede wszystkim w siarczkach. W Polsce znane są z Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego na Dolnym Śląsku (miedź, srebro) i kopalni Olkusz-Pomorzany w Małopolsce (ołów, cynk). Metale syderofilne mogą występować w różnych minerałach, najczęściej w tlenkach, ale również w siarczkach. Do nich zalicza się żelazo, tytan, chrom, mangan, wanad, a także platynę czy pallad. W Polsce istnieją ich duże zasoby na Suwalszczyźnie w złożach Krzemianka i Udryń (żelazo, tytan, wanad), ale nie są wydobywane ze względu na głębokość zalegania i położenie na obszarach cennych przyrodniczo.

Odpowiedź na pytanie, gdzie szukać złota na Marsie, wskazują nam analogie z Ziemią. Marsjańskie meteoryty i dane mineralogiczne pozyskiwane przez NASA za pomocą spektrometru Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) oraz łazików Curiosity i Opportunity prowadzą do wniosku, że zestaw minerałów na Marsie jest niemal taki sam jak na Ziemi. Dotyczy to także skał, choć tutaj proporcje są nieco inne. Podczas gdy na Ziemi dna oceanów pokrywają głównie bazalty, a na kontynentach dominują granity, na Marsie bazalty pokrywają prawie całą powierzchnię planety. Zestaw skał osadowych jest zbliżony do ziemskiego. 

Czerwona Planeta obfituje w piaski i piaskowce, pyły i pyłowce, a nawet tworzone niegdyś przez rwące rzeki zlepieńce. Do dziś na Marsie przetrwały ślady aktywności dawnej sieci rzecznej, która w minionych epokach geologicznych była bardzo rozbudowana.

Zbliżone były na Marsie procesy prowadzące do powstawania złóż, takie jak wulkanizm czy cyrkulacja gorących wód hydrotermalnych.

Na podstawie zdjęć powierzchni Marsa o wysokiej rozdzielczości, zdjęć na jego największym obszarze wulkanicznym – Tharsis – wyróżnić można ponad 600 stożków wulkanicznych. Wulkanizm na Marsie był tak samo powszechny jak na Ziemi, ale istotną różnicą jest brak tektoniki płyt. To właśnie dlatego marsjańskie wulkany, takie jak Olympus Mons, mogły osiągnąć wysokość przekraczającą 21 km. 

Procesy wulkaniczne związane są ze strukturą wewnętrzną Marsa, który podobnie jak Ziemia złożony jest z jądra, płaszcza z częściowo upłynnioną astenosferą i stosunkowo cienkiej skorupy. 

Na podstawie tych przesłanek geologicznych złota na Marsie szukać będziemy tam, gdzie szukamy go na Ziemi. Największa uwaga badaczy skupi się na obszarach aktywnego wulkanizmu, penetrowanych przez gorące wody hydrotermalne. Wody pomagmowe lub gruntowe ogrzewające się ponad komorami lub intruzjami magmowymi osiągają nawet kilkaset stopni Celsjusza, co jest możliwe dzięki wysokiemu ciśnieniu. Gorąca woda rozpuszcza znaczne ilości siarki i metali. Po wypłynięciu na powierzchnię i gwałtownym ochłodzeniu metale i siarka błyskawicznie wytrącają się, tworząc złoża siarczków. Woda potrzebna do procesów hydrotermalnych jest na Marsie wszechobecna, na przykład w postaci lodu gruntowego, a w przeszłości istniała również w postaci rzek i oceanów. Obszary gorące, aktywne geologicznie, były na Marsie bardzo rzadkie i prawdopodobnie w ogóle już nie występują. Niepodważalne są natomiast dowody na młody wulkanizm o wieku kilkudziesięciu lub kilku milionów lat. Złoża hydrotermalne powstałe w tym okresie nie zostały jeszcze zerodowane ani przysypane osadami ze względu na powolne tempo tych procesów na Marsie. 

Złoża hydrotermalne mogą powstawać nawet obecnie po uderzeniach meteorytów. Niemal pozbawiony ochronnej warstwy atmosfery Mars (6 hPa; na Ziemi: 1013 hPa), znajdujący się blisko pasa asteroid, jest nieustannie bombardowany meteorytami. Po impakcie skały topią się tak samo jak w procesach wulkanicznych, a wody podziemne w ich pobliżu zachowują się jak wody hydrotermalne, prowadząc do lokalnego powstawania złóż na brzegach kraterów. Na Ziemi ten proces jest rzadszy, ale duże złoża poimpaktowe również występują, na przykład w pobliżu krateru uderzeniowego Sudbury w Kanadzie. 

Wody hydrotermalne, odpowiedzialne za powstawanie złóż, często migrują wzdłuż uskoków w strefach aktywnych tektonicznie. Na Ziemi złoża tego typu występują na przykład w Masywie Centralnym we Francji. Na Marsie mogłyby one istnieć w strefach ścinania na obszarze głębokiego systemu kanionów Valles Marineris.

Złoto jest kilka razy cięższe niż pozostałe minerały i opada na dno wszędzie tam, gdzie nurt rzeki zwalnia, np. na piaszczystych łachach lub w zagłębieniach dna. Wiedzę tę wykorzystywano w trakcie gorączki złota na Alasce. Na Marsie, podobnie jak na Ziemi, sieć rzeczna była bardzo gęsta i ziarna metalu były prawdopodobnie sortowane w taki sam sposób. 

Choć złoża złota i pokrewnych metali na Marsie nie zostały jeszcze odkryte, to mamy pośrednie dowody na ich istnienie. Przede wszystkim marsjańskie meteoryty zawierają występujące również na Ziemi minerały siarczkowe, takie jak piryt, pirotyn czy pentlandyt. Co więcej, ich ilość w bazaltach marsjańskich, reprezentowanych przez marsjańskie meteoryty z grupy szergotytów bazaltowych, jest kilkukrotnie wyższa niż w bazaltach ziemskich. Obserwacje te zostały potwierdzone przez badania łazików NASA w kraterach Gale i Gusev. W niektórych skałach magmowych i metamorficznych zawartość siarczków lub produktów ich wietrzenia, siarczanów, sięga kilkunastu procent. Istnieją nawet pośrednie dowody na obecną lub niedawną aktywność hydrotermalną i związane z nią procesy złożowe. Thermal Emission Spectrometer misji Mars Global Surveyor NASA wykrył metan nad największymi prowincjami wulkanicznymi, Tharsis i Elysium, natomiast Planetary Fourier Spectrometer misji Mars Express ESA gaz związany z procesami hydrotermalnymi.

Choć emisja metanu może świadczyć o aktywnych procesach hydrotermalnych, nie oznacza bezpośrednio występowania złóż. W tym celu konieczne są badania mineralogiczne powierzchni Marsa. Najlepiej przystosowane są do tego łaziki, ale mogą one pracować tylko na bardzo ograniczonym obszarze (do kilku kilometrów kwadratowych). W związku z tym istnieje nikła szansa, by trafiły na złoża. W ujęciu globalnym większe możliwości dają analizy z orbity Marsa. 

W tej chwili jedynym spektrometrem zbierającym widma przeznaczone do analizy mineralogicznej powierzchni Marsa jest CRISM, działający od 2006 r. Choć CRISM nie jest w stanie wykrywać siarczków, umożliwia detekcję niektórych produktów ich wietrzenia, takich jak siarczany, jarosyt i ałunit lub tlenki, na przykład hematyt. Same siarczki są natomiast zbyt podobne do powszechnych na Marsie piroksenów w zakresie bliskiej podczerwieni (do 4 µm), w której pracuje CRISM. Większe szanse wykrywania złóż dawałyby widma w dalekiej podczerwieni (20–30 µm), gdzie cechy widmowe siarczków są wyraźniejsze. Nie ma jednak na orbicie Marsa odpowiedniego przyrządu operującego w tym zakresie fal, zdolnego do badania powierzchni w wystarczająco wysokiej rozdzielczości (10–20 m/pixel). 

W Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu pracujemy nad zaprojektowaniem instrumentu umożliwiającego przeprowadzenia poszukiwań. Nazwaliśmy go MIRORES, co jest skrótem od Martian far-IR ORE Spectrometer.

MIRORES operowałby w dalekiej podczerwieni (18–40 µm), dostarczając dane o wysokiej rozdzielczości (10 m/pixel). Zastosowanie piroelektrycznych detektorów pozwoli na wydajną pracę urządzenia w zakresach temperatur panujących na orbicie Marsa. Dzięki zastosowaniu układu optycznego Cassegraina instrument przybierze formę sześcianu o boku długości 50 cm. Umożliwi to wysłanie sondy w ramach większej misji, chińskiej lub japońskiej, w drugiej połowie lat 20.

Nasza chęć eksploracji kosmosu nie wynika z tego, że Ziemi grozi zagłada lub kończą się surowce, choć w uzasadnieniach padają i takie argumenty. Na Marsie warunki zawsze będą gorsze niż na Ziemi, a wydobycie surowców i sprowadzenie ich na Ziemię będzie kosztowne. Prawda jest taka, że niezależnie od tego, co mówimy i piszemy, na Marsa pcha nas po prostu ciekawość. To atawizm człowieka, który skutkował wielkimi wyprawami żeglarskimi w XV i XVI wieku.

.W dalekosiężnych planach załogowych lotów na Marsa mówi się o roku 2040 (NASA, ESA) lub 2050 (Chińska Narodowa Agencja Kosmiczna). Sytuacja jest dynamiczna i będzie się zmieniać, a duży wpływ na tę dynamikę będzie miał sektor prywatny. Właściciel SpaceX, Elon Musk, spekuluje o pierwszym załogowym locie na Marsa już w drugiej połowie lat 20., czego nie można całkowicie wykluczyć, biorąc pod uwagę dotychczasowe sukcesy firmy.

Jakub Ciążela

Pierwszy raz na Wszystko Co Najważniejsze?

Aby nie ominąć istotnych tekstów, raz w tygodniu w niedzielę rano wysyłamy newsletter. Zapraszamy do zapisania się:

Magazyn idei "Wszystko Co Najważniejsze" oczekuje na Państwa w EMPIKach w całym kraju, w Księgarni Polskiej w Paryżu na Saint-Germain, naprawdę dobrych księgarniach w Polsce i ośrodkach polonijnych, a także w miejscach najważniejszych debat, dyskusji, kongresów i miejscach wykuwania idei.

Aktualne oraz wcześniejsze wydania dostępne są także wysyłkowo.

zamawiam