Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 16.12.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Планетологи объяснили потерю углерода марсианской атмосферой

Планетологи объяснили потерю углерода марсианской атмосферой
shortstoryf

В настоящее время Марс покрыт тонкой, состоящей главным образом из диоксида углерода, атмосферой. Именно из-за неё эта планета не способна сохранять воду на своей поверхности, из-за чего она либо быстро замерзает, либо испаряется. Однако, многие геологические открытия, сделанные за последнее время, заставили учёных думать, что древний Марс когда-то был более тёплым и более влажным местом. А для того чтобы мог существовать такой умеренный климат, планета должна была быть покрыта намного более толстой атмосферой из углекислого газа, так считают некоторые исследователи-планетологи. Именно они в течение многих десятилетий постоянно задавали один и тот же вопрос: «Куда же подевался весь углерод?».

Солнечный ветер мог уничтожить большую часть древней марсианской атмосферы и продолжает до сих пор уносить её тоннами. Но учёные постоянно были в прострации по поводу того, почему большие залежи углерода не существуют в виде карбонатов в твёрдой породе. Также вопросы возникали и при оценке концентраций более тяжёлого и более лёгкого углерода в современной марсианской атмосфере. Теперь же, команда исследователей из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения НАСА, предложила объяснение нехватки углерода. Эта работа опубликована в журнале Nature Communications.

Согласно исследованиям, 3.8 миллиарда лет назад Марс мог обладать умеренно плотной атмосферой, при которой давление у поверхности красной планеты могло быть меньше или даже равным земному. В работе отражён тот факт, что атмосфера могла истончаться не только посредством проблемы «недостающего» углерода, но также и другим способом, из-за которого получилось наблюдаемое соотношение углерода-13 к углероду-12, которые отличаются только тем, сколько нейтронов находится в каждом ядре.

«Наша статься доказывает, что переход от умеренно плотной атмосферы до очень тонкой, может происходить обоими этими способами. Удивительно здесь то, что то, что мы сейчас знаем о марсианской атмосфере, может быть объединено в последовательную картину её развития, и это не требует поиска огромных углеродных резервуаров», — Женьюй Ху, ведущий автор работы.

Рассматривая вопрос о том, как древняя марсианская атмосфера перешла в своё текущее состояние, всего были предложены два возможных механизма вытеснения лишнего углекислого газа. Или углекислый газ был полностью захвачен в минералы в твёрдой породе, называемой карбонатом, или он был выброшен в космос. Исследование, опубликованное в августе 2015 года, рассказывает о данных, полученных от нескольких марсианских орбитальных станций за долгие годы исследований. Исследователям удалось установить, что нигде на поверхности вплоть до глубины в один километр, не содержится залежей недостающего углерода. Решить проблему уноса углерода в космос то же не удалось, поскольку существует огромное количество различных процессов, которые могут изменить относительную концентрацию углерода-13 к углероду-12 в атмосфере. Планетологи говорят, что фиксируя эти отношения изотопов в различных поверхностных слоях, можно создавать контрольные точки того, что происходило с атмосферой Марса в то время. Так, например, первая контрольная точка была обнаружена по измерению отношения изотопов в марсианских метеоритах, которые содержат газы, выпущенные вулканами из глубин Марса. Современные же отношения были измерены прибором SAM на марсоходе Curiosity.

Марс круговорот углерода

На этой диаграмме показаны способы, с помощью которых углерод может перемещаться между марсианской почвой, поверхностными образованиями, полярными шапками, водой и атмосферой, а также изображён механизм, при котором углерод уносится из атмосферы и накладывает существенный отпечаток на изотопное соотношение. Первоначально углекислый газ рождается в мантии планеты и выходит наружу только непосредственно через вулканические извержения. Здесь он попадает в магматическую ловушку, которая остывает и кристаллизуется. Если углекислый газ всё же оказывает в атмосфере над полярными регионами, здесь он может остыть и осесть опять на поверхность. CO2 может растворяться в воде и перейти в фазу твёрдых карбонатов. Также углекислый газ непрерывно уносится из атмосферы Марса, причём скорость его убегания контролируется солнечной активностью. Один из таких механизмов назван ультрафиолетовой диссоциацией или фотолизом. Он возникает, когда ультрафиолетовое излучение (обозначенное на рисунке как hv) сталкивается с молекулой CO2, разрывает её связи, формируя вначале угарный газ CO, а затем и атомы углерода C. Это затрагивает изотопное отношение углерода-12 и углерода-13, первый изотоп легче, поэтому он быстрее вылетает из атмосферы. Источник: Lance Hayashida/Caltech

Одним из путей уноса углекислого газа из атмосферы в космическое пространство называют «ионное распыление», который вовлекает взаимодействие между солнечным ветром и верхними слоями марсианской атмосферы. Недавно миссии MAVEN удалось установить, что в современных условиях из атмосферы Марса каждую секунду вылетает примерно 100 грамм частиц. В настоящее время — это основный механизм утончения атмосферы. Ионно распыление выбрасывает немного больше углерода-12 по сравнению с углеродом-13, но этот эффект небольшой. Измерения марсохода Curiosity показывают, что сегодняшняя атмосфера намного больше обогащена углеродом-13 в пропорции к другому изотопу, чем если бы происходил только процесс распыления. Таким образом, должно быть ещё какое-то явление, помимо этого.

Ху и его коллеги смогли идентифицировать механизм, который, возможно, мог значительно увеличить концентрацию углерода-13. Катализатором его является ультрафиолетовое излучение от Солнца, ударяющееся о молекулу углекислого газа в верхних слоях атмосферы, раскалывая его на угарный газ и кислород. Затем, ультрафиолет повторно сталкивается с молекулой уже угарного газа и разбивает её на углерод и кислород. Некоторые атомы углерода, рождённые таким образом, имеют достаточно энергии, чтобы вылететь из атмосферы в космическое пространство. А новое исследование показало, что наиболее вероятно подвержен уносу именно углерод-12, а не углерод-13.

Моделируя долгосрочные эффекты такого явления фотолиза, исследователи обнаружили, что такое небольшое различие в количестве уносящихся изотопов оставляет существенный отпечаток в изотопном отношении углерода. Именно это, в свою очередь, и позволило вычислить то, что у марсианской атмосферы 3.8 миллиарда лет назад, возможно, давление у поверхности было немного меньше, чем сейчас на Земле.

«Наше исследование решает давнишний парадокс. Воображаемая нами очень толстая атмосфера, как мы считали, подразумевала существование больших углеродистых скоплений, но эффективность ультрафиолетового процесса фотодиссоциации означает, что на самом деле не существует никакого парадокса», — Бетани Элманн.

По информации Nasa.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google