【陽光下的甲烷】
要回答這樣的問題，第一個步驟必須得知甲烷產生或由某處逸出的速率，那麼，得先反過來測量大氣中甲烷減少的速率。在火星地表海拔60公里以上，太陽的紫外線輻射會分解甲烷分子，在較低層的大氣，則是水分子會因紫外線光子的照射而分解，形成氧原子和羥基（OH），而使甲烷氧化。在沒有補充的情況之下，甲烷會逐漸由大氣中消失。甲烷生命期的定義為，在原有的大氣中，甲烷濃度因凝結而降為原本的1/e倍（e 為數學常數，約2.7182818284）或約1/3倍時所花費的時間，在火星上是300~600年。甲烷生命期會依水氣含量（隨季節改變）、太陽輻射強度（隨著火星公轉而週期性變化）而有所不同。在地球上，相似過程所造成的甲烷生命期約為10年。在泰坦上，太陽的紫外線輻射弱得多，而且含氧分子的數量也稀少許多，因此甲烷生命期可以長達1000萬~1億年（在地質時間尺度來講仍然算短）。
在火星上，甲烷的生命期夠長，風和擴散作用應該有充裕的時間可以使甲烷與大氣均勻混合才對，這麼一來，甲烷濃度隨著地點而改變的這個觀測結果，就很令人不解了。這表示甲烷氣體可能是來自某些局部地區，或是在某些地區會因土壤吸收而減少。容易和甲烷發生化學反應的土壤，可能就是儲存甲烷的地方，它們使甲烷的量加速減少。如果真有這樣額外的儲存機制在運作，那麼這就是讓甲烷量得以維持在觀測值的一個重要來源。
下一個步驟是要考慮形成甲烷的可能情形。先研究火星是個不錯的開始，因為這顆紅色行星上的甲烷含量很低，如果一個機制連這麼少的含量都無法解釋，就更別說要解釋泰坦上那麼大量的甲烷了。以生命期600年的情形來說，要使全球平均甲烷濃度維持在 10ppbv的定值，每年所產生的甲烷必須略多於100公噸，這大約是地球上甲烷產生率的25萬分之一。
和地球上相同的是，火山可能不是最重要的因素。火星上的火山已經沉寂了數億年，而且，如果火山爆發噴發出甲烷，應該同時也會噴發出極大量的二氧化硫，但是火星的大氣中卻缺乏含硫化合物。外太空來的貢獻看來也相當微小，根據估計，每年約有2000公噸的微流星體塵埃來到火星表面，其中碳的質量佔不到1%，即使這些物質大多被氧化，也只會是甲烷不太重要的來源。彗星的整體質量中，甲烷佔約1%，但是平均每 6000萬年彗星才撞擊火星一次，因此，每年彗星所遞送的甲烷量大約一噸，不到所需的1%。
那麼，會不會是最近有顆彗星撞上了火星？它帶來大量的甲烷，經過一段時間後，在大氣中的含量降低到了目前的數值。100年前一顆直徑200公尺的彗星撞擊，或是2000年前一顆直徑500公尺的彗星，都可以提供足夠的甲烷，以符合現在觀測到的平均含量 10ppbv。但是此想法也遭遇問題：火星上甲烷的分佈不是均勻的。要使甲烷在各方向都均勻分佈，大約只需幾個月。因此，從彗星撞擊而來的甲烷最終應該會均勻分佈，這和觀測結果相矛盾。
【水裡的煙霧】
我們只剩下兩個可能的甲烷來源，分別屬於水文地球化學以及微生物學，兩個都很吸引人。地球上的熱液噴發，也就是所謂的黑煙囪，最早發現於1977年時厄瓜多的加拉巴戈斯裂谷。之後，海洋學家沿著許多其他的中洋脊也都有發現。實驗顯示，一般在這些噴孔的環境下，超鎂鐵質矽酸鹽（富含鎂或鐵的岩石，例如橄欖岩和輝石）在通稱為蛇紋岩化的過程中會反應產生氫。接著，氫會與碳粒、二氧化碳、一氧化碳或含碳礦物反應，產生甲烷。
這個過程的關鍵在於氫、碳、金屬（作用如同催化劑），以及熱和壓力，這些在火星上也全都有，這樣的蛇紋岩化作用可以分別發生在高溫（350~400℃）以及比較溫和的溫度下（30~90℃）。據推測，在火星的地下含水層裡，可能有那些較低溫下的作用在發生。
雖然低溫下的蛇紋岩化作用，可能足以產生火星上的甲烷，但是生物作用仍然有著不可忽視的可能性。在地球上有種稱為產甲烷菌（methanogen）的微生物，在消耗氫氣、二氧化碳或一氧化碳時，會產生副產物甲烷。如果火星上有這樣的生物生存著，它們會很容易獲得營養物：氫（藉由蛇紋岩化作用產生，或是由大氣滲入土壤中）以及二氧化碳與一氧化碳（在岩石中或是來自大氣。
經由蛇紋岩化作用或是微生物作用所形成的甲烷，可以用晶籠狀水合物的方式儲存起來，這是一種化學結構，可以把甲烷囚禁起來，就像把動物關在籠子裡一樣。然後因為逐漸加熱而使氣體由裂縫散出，或是不定期的火山爆發將甲烷釋放到大氣中。不過，沒有人可以確定這些晶籠化合物的形成效率，也不確定它們多快會被釋放出來。
火星快遞衛星的觀測，顯示出有些區域的甲烷濃度很高，而且都是在地表下有著水冰存在的區域。要解釋這項關聯性，答案必定是地質或是生物過程其中一種。冰底下的含水層提供了生物的棲息地，或是提供水文地球化學過程得以發生的地點。在沒有更多資料的情況下，生物與地質這兩個來源的可能性看來是旗鼓相當。
照片解說：除少許縹緲的雲（白色部份）之外，火星可見之處看來幾乎是靜止的，但是甲烷的出現，暗示著地底下可能有著生物或地質化學方面的活躍活動。
【註】本文摘錄自《科學人雜誌》六月號
參考網址
http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=1025&CL=4 
