30年前，流星獵人在南極冰原發現了一塊火星巖石。2014年1月和2月，加利福尼亞大學圣地亞哥分校、美國宇航局和史密森尼學會的科學家對這塊巖石的最新分析揭示了數十億年前的火星氣候記錄。他們報告了隕石中所含礦物的詳細證據數據，證據表明，當時火星表面似乎被水沖刷，火星上曾經形成的生命可能在當時就已經出現。

加州大學圣地亞哥分校的項目科學家、該報告的主要作者羅賓娜·沙欣（Robina Shahin）表示：“隕石中的礦物捕捉到了火星古老的化學特征，以及水與大氣相互作用的全貌。”

這顆13000年前掉到地上的令人不快的石頭看起來像一個歷史悠久的土豆。它是人類擁有的最古老的火星隕石。它是40億年前火山噴發產生的一大塊凝固巖漿。科學家稱之為ALH84001。從那時起，一些液體（可能是水）從巖石的孔隙中滲透出來，一些小顆粒沉積在碳酸鹽和其他礦物中。

碳酸鹽之間的細微差別取決于其中碳原子和氧原子的來源。碳和氧都有較重和較輕的變體，也稱為同位素。同位素相對頻率形成的化學性質可以通過詳細分析和精確測量來確定。

火星大氣的主要成分是二氧化碳，但也含有一些臭氧。25年前，加州大學圣地亞哥分校的化學教授馬克·蒂曼斯和他的同事首次描述了物理和化學現象，表明富含重同位素的臭氧中氧同位素的平衡非常奇怪。

沙欣說：“當臭氧與大氣中的二氧化碳發生反應時，臭氧會將其同位素的奇怪性質轉移到新分子上。”作為海德堡大學的博士生，她研究了氧同位素的交換過程。當二氧化碳與水反應生成碳酸鹽時，同位素的性質得以保留。

碳酸鹽中同位素的奇異程度反映了其形成過程中水和臭氧的數量。這是一個有39億年歷史的穩定礦物氣候記錄。水越多，奇怪的臭氧信號就越弱。

研究小組在隕石中的碳酸鹽中發現了一個明顯的臭氧信號，這表明當時火星上有水，但不太可能有巨大的海洋。然而，仍有可能證明早期火星表面存在較小的海洋。

“對同一樣本中碳同位素的同步測量也有了新的發現，這意味著隕石中的不同礦物有自己獨立的來源。”沙欣說，“這些礦物向我們展示了火星大氣中二氧化碳的化學成分和同位素組成。”

盡管該結構的生物學起源已經被放棄，但一些科學家認為，隕石ALH84001中存在的碳酸鹽管是微生物生命的可能證據。2014年2月16日，NASA宣布了“好奇號”發現的甲烷形式的火星生命存在的另一個潛在證據。生物通過吸收礦物質從而沉積碳酸鹽來建造骨骼，但研究團隊對礦物質的檢測并非如此。沙欣說：“我們發現的碳酸鹽并非來自生物，但內部異常的氧同位素告訴我們這是非生物碳酸鹽。”

通過使用多種方法來檢測同位素，化學家發現碳酸鹽中只含有微量的碳-13，而氧-18含量豐富。也就是說，在火星大撞擊期間，大氣中的碳-13含量比現在低得多。

火星大氣的大量流失可能導致碳和氧同位素的相對頻率發生變化。一般來說，行星冷表面的液態水流需要更厚的大氣層。“我們對太陽系中最早的氧氣-水系統有了更深入、更具體的了解。”蒂蒙斯說，“現在的問題是，地球和火星是什么時候開始有水的？火星上的水在哪里？我們取得了巨大的進步，但仍有許多未解之謎。”