W poszukiwaniu marsjańskiego złota, srebra oraz innych cennych metali

20 kwietnia 2020, 14:48
isru_marsice_close_copy1
Ilustracja: NASA Langley Advanced Concepts Lab/Analytical Mechanics Associates [nasa.gov]

Stała obecność człowieka na Marsie wymaga samowystarczalności przyszłych kolonii. Dotyczy to także zaopatrzenia w metale ważne dla elektroniki. W ich poszukiwaniu może pomóc instrument MIRORES, opracowywany przez Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.

Przewiduje się, że pierwsze próby załogowych lotów na Marsa zostaną podjęte w ciągu 20-30 lat. Aktywnie zainteresowany Marsem jest nie tylko obecny lider badań Czerwonej Planety, tj. USA, ale także Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), Rosja, Indie, Chiny, Japonia czy nawet Zjednoczone Emiraty Arabskie. Do tego grona włącza się sektor prywatny z firmą SpaceX na czele. Wizje Elona Muska o konieczności kolonizacji innych planet na wypadek zagłady Ziemi, w obliczu globalnej pandemii COVID-19 nie brzmią już tak skrajnie futurystycznie.

Samowystarczalny habitat na Marsie musi bazować na zasobach lokalnych. Woda (pozyskiwana z lodu) i surowce skalne nie stanowią większego problemu. Znacznej determinacji będzie wymagało natomiast odnalezienie metali kluczowych w produkcji przewodów elektrycznych, zwłaszcza tych wymagających wysokiego i stabilnego przewodnictwa. Mowa o pierwiastkach z grup chalkofilnych i syderofilnych. Metale chalkofilne (np. srebro, miedź, cynk, ołów) występują głównie w siarczkach, podczas gdy metale syderofilne (np. żelazo, nikiel, kobalt, gal) mogą występować w różnych minerałach, najczęściej w tlenkach, ale również w siarczkach. Gdzie ich szukać?

Badania marsjańskich meteorytów oraz obserwacje z orbity i z powierzchni (łaziki) prowadzą do wniosku, że skały i minerały Czerwonej Planety są niemal takie same jak na Ziemi. Zbliżone są również procesy prowadzące do powstawania złóż, m.in. wulkanizm czy cyrkulacja gorących wód hydrotermalnych. To właśnie w obszarach występowania tych procesów będziemy szukać złóż metali.

image
Sonda Mars Reconnaissance Orbiter nad biegunem Marsa - koncepcja graficzna. Ilustracja: NASA/JPL-Caltech [crism.jhuapl.edu]

 

Osiągające kilkaset stopni Celsjusza wody pomagmowe lub hydrotermalne rozpuszczają 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 również w rzekach i oceanach. Obszary gorące, aktywne geologicznie na Marsie, jeśli jeszcze występują, są bardzo rzadkie. Niepodważalne są natomiast dowody na młody wulkanizm w okresie od  kilkudziesięciu do kilku milionów lat temu. Złoża hydrotermalne utworzone w tamtym okresie nie zostały jeszcze zerodowane ani przysypane osadami.

Wiele złóż hydrotermalnych może powstawać obecnie po uderzeniach meteorytów, których relatywne dużo trafia w powierzchnię Marsa (bliskie sąsiedztwo pasa planetoid i brak ochrony ze strony śladowej atmosfery planety). Po uderzeniu meteorytu skały topią się tak samo jak w procesach wulkanicznych, a wody podziemne zachowują się jak wody hydrotermalne. W efekcie prowadzi to do powstawania złóż na brzegach kraterów uderzeniowych. Na Ziemi w taki sposób powstały złoża w pobliżu krateru uderzeniowego Sudbury w Kanadzie, gdzie swoją kopalnię ma m.in. KGHM.

image
Rozmieszczenie minerałów w Kraterze Jezero na Marsie - zmodyfikowany obraz z sondy Mars Reconnaissance Orbiter. Kolor zielony reprezentuje węglany, które na Ziemi sprzyjają zachowaniu się skamieniałości organizmów żywych. Kolor czerwony reprezentuje piasek oliwinowy erodujący z lokalnych skał. Ilustracja: NASA/JPL-Caltech/MSSS/JHU-APL/Purdue/USGS [mars.nasa.gov]

 

Poszukiwanie złota na Marsie każe zwrócić uwagę na rzeki. Ponieważ złoto jest kilka razy cięższe niż pozostałe minerały, jako pierwsze opada na dno wszędzie tam, gdzie rzeka zwalnia nurt, np. na piaszczystych łachach lub w zagłębieniach dna. Wiedzę tę wykorzystano chociażby w trakcie gorączki złota na Alasce. Na Marsie, podobnie jak na Ziemi, sieć rzeczna była bardzo gęsta i ziarna złota były prawdopodobnie sortowane w taki sam sposób jak w rzekach Błękitnej Planety.

Bezpośrednie wykrycie złóż wymaga odpowiedniego badania mineralogicznego powierzchni Marsa. Najlepiej przystosowane są do tego łaziki, ale mogą one operować tylko na bardzo ograniczonym obszarze. Większe możliwości dają obserwacje z orbity. W tej chwili jedynym instrumentem zbierającym materiał i przeznaczonym do analizy mineralogicznej powierzchni Marsa jest spektrometr CRISM sondy Mars Reconnaissance Orbiter (działa od 2006 roku).

image
Siarczany, gips i krzemiany otaczające szczyt Sisyphi Montes na Marsie - pomiar z sondy Mars Reconnaissance Orbiter z użyciem spektrometru The Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM). Ilustracja: NASA JPL/ Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory [crism.jhuapl.edu]

 

Niestety CRIMS ma istotne ograniczenie - nie może wykrywać siarczków. W zakresie widma, w jakim pracuje instrument (0,4 µm  - 3,9 µm), siarczki są zbyt podobne do powszechnych na Marsie piroksenów. CRISM umożliwia jedynie detekcję niektórych produktów wietrzenia siarczków, takich jak siarczany (np. jarosyt i ałunit) lub tlenki (np. hematyt).

Większe szanse wykrywania złóż dawałaby rejestracja promieniowania z zakresu dalekiej podczerwieni (20 µm – 35 µm), gdzie cechy widmowe siarczków są wyraźniejsze. Wymóg ten spełnia MIRORES (Martian far-IR ORE Spectrometer), instrument projektowany we wrocławskim oddziale  Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.

image
Instrument MIRORES. Ilustracja: CBK PAN

 

W konstrukcji przyrządu zastosowano piroelektryczne detektory podczerwieni, co pozwoli na wydajną pracę urządzenia w zakresie temperatury od −20°C do +90°C. Natomiast dzięki zastosowaniu układu optycznego Cassegraina, instrument przybierze kompaktową formę małego prostopadłościanu o wymiarach 42 cm ´ 32 cm ´ 32 cm. Dane z MIRORES będą miały rozdzielczość przestrzenną 10 m/piksel, niemal cztery razy większą niż CRISM (18 m/piksel).

Kompaktowe rozmiary MIRORES umożliwią łatwe uwzględnienie urządzenia w ramach marsjańskiej misji Chin lub Japonii, a nawet całkowicie polskiego przedsięwzięcia. W efekcie polski spektrometr mógłby rozpocząć poszukiwania złóż metali na Marsie już w drugiej połowie lat dwudziestych obecnego stulecia. Opracowane rozwiązania mogą zostać zaadoptowane także do podobnych badań Księżyca oraz większych asteroid. MIRORES i związane z nim prace CBK PAN wpisują się zatem w szerszy trend zainteresowania górnictwem kosmicznym na świecie.

Jakub Ciążela, Jarosław Bąkała, Mirosław Kowaliński

Centrum Badań Kosmicznych PAN

KomentarzeLiczba komentarzy: 6
gnago
czwartek, 10 września 2020, 07:25

koszt kilograma wydobytej w ten sposób metali będzie równy cenie ziemskich metali ale w ilości kilku ton. Nie mamy taniego transportu z planety na orbitę

Miri
sobota, 25 kwietnia 2020, 12:55

Bzdury!! Daje sobie palec uciac jeśli ktokolwiek był lub będzie na księżycu i nie mówię o komiksach czy filmach że studia walta diesneya

Formula#6
środa, 22 kwietnia 2020, 13:19

To ciekawy pomysł na stworzenie przyrządu jak MIRORES, jednak jest pytanie zasadnicze jak my jako państwo na tym zarobimy? Tylko proszę nie bredzić o wspólnej planecie, wkładzie w wiedzę i naukę ludzkości etc. Czy będziemy tam kopać, czy tez uzyskane informacje udostępnimy, tak by polski wkład finansowy w badania okazał się na "+".

Scevola
środa, 22 kwietnia 2020, 12:59

Jakie zloto, jakie srebro... Aluminium, zelazo za konstrukcje, krzem na ogniwa i do elektroniki itp

ciong pong
środa, 22 kwietnia 2020, 01:19

Rosjanie to zanim zainteresują sie marsem lepiej niech pomyślą na skonstruowaniem działającej pralki.

QRF
piątek, 24 kwietnia 2020, 16:04

Akurat to ruskie pralki i lodówki produkowane jeszcze za czasów sowieckich wciąż działają. Wiem bo pracuję w branży AGD.