Окисление атмосферы и возникновение современного Марса
Палеоклиматические эпохи на Марсе. Автор: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47326-0
Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Названа в честь Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей минералом маггемитом — γ-оксидом железа(III).
Марс — планета земной группы с разреженной атмосферой (давление у поверхности в 160 раз меньше земного). Википедия
Читайте также:В Армении тестируют роботов для полётов на МарсРовер Perseverance передал первую фотографию МарсаРежиссер хоррора «Тихое место» снимет научно-фантастический триллер «Жизнь на Марсе»В США хотят заселить Марс грибами, роботами-трансформерами и киберпчеламиАравийский океан на Марсе был в два раза больше Северного ледовитого океана
Nature Communications — рецензируемый научный журнал с открытым доступом, который издается компанией Nature Research с 2010 года. Журнал публикует материалы, охватывающие естественные науки, включая физику, химию, науки о Земле, медицину и биологию. Главным редактором-основателем была Лесли Энсон после неё Йорг Хебер, Магдалена Скиппер и Элиза Де Раньери. Журнал имеет редакции в Лондоне, Берлине, Нью-Йорке и Шанхае. Википедия
Нойская эра — ранний период на Марсе с высокой частотой столкновений с астероидами и, возможно, обилием поверхностной воды. Точный интервал неизвестен, но Нойская эра, вероятно, началась между 4,1 и 3,7 миллиардами лет назад. За ней последовала Гесперианская эра, 3,7–3,0 миллиарда лет назад.
Данные, полученные в последние годы, свидетельствуют о том, что на раннем Марсе преобладала атмосфера с углекислым газом (CO 2) и восстановительными газами, такими как водород. В восстановительной атмосфере окисление предотвращается отсутствием кислорода и других окисляющих газов, а восстановительный газ, такой как водород, оксид углерода и метан, легко поглощает любой кислород и, в случае водорода, превращается в фазу воды.
Восстановительная атмосфера может создать сильный парниковый эффект, который мог сыграть значительную роль в потеплении раннего Марса. Поскольку интенсивность парникового потепления тесно связана с наличием восстановительных газов, окисление атмосферы тогда привело бы к похолоданию, наблюдаемому сегодня. (Парниковый эффект на Марсе сегодня составляет всего около 8°C по сравнению с примерно 33°C на Земле.)
«Марс Одиссей» (англ. Mars Odyssey) — действующий орбитальный аппарат НАСА, исследующий Марс. Главная задача, стоящая перед аппаратом, заключается в изучении геологического строения планеты и поиске минералов. Википедия
Более ранние исследования показали, что поверхностное содержание железа в местности, относящейся к Нойской эре, было относительно низким по сравнению с территориями Гесперианской эры (от 3,7 до 3,0 млрд лет назад) и Амазонской эры (от 3,0 млрд лет до наших дней), а также со средним содержанием железа на поверхности Земли.
Почему содержание железа на раннем Марсе было низким по сравнению с последними 3 миллиардами лет? Эволюция коры планеты не объясняет этого. Это могло быть вызвано жидкой водой на раннем Марсе, которая могла переносить некоторое количество железа ниже 30-сантиметрового диапазона глубины спектрометра, поскольку на подвижность железа влияют температура, кислотность, химия воды и окислительно-восстановительное состояние, которое является степенью окисления элемента, определяющей его химическое поведение. Они могли определить распределение содержания железа на поверхности Марса, особенно если атмосфера играла определенную роль.
Вместе с коллегами Цзячэн Лю из Гонконгского университета исследовал распределение поверхностного железа на древнем Марсе как в пространстве, так и во времени, используя результаты спектрометра Mars Odyssey. Они обнаружили, что обилие железа уменьшалось с высотой на раннем Марсе, в течение более древней Нойской эры, но уменьшалось с широтой в более поздних Нойских территориях.
Почему такая разница?
Группа использовала глобальный геологический разрыв Марса для определения относительного возраста поверхности в сетках, выложенных на поверхности, и относительного содержания железа. Эти данные дали лучшее понимание взаимосвязей между окислительно-восстановительными переходами и переходами климатического режима.
«Наше открытие свидетельствует о том, что температура поверхности Марса постепенно менялась от режима, зависящего от высоты, к режиму, зависящему от широты, в сочетании с атмосферным окислением в Нойский период», — пишут они.
Одно из предположений группы заключается в том, что ледяное выветривание и «низкотемпературные условия способствовали истощению поверхностного железа, вероятно, обусловленному бескислородным выщелачиванием в результате циклов замораживания-оттаивания в восстановительной атмосфере».
Выщелачивание — это процесс, который широко используется в добывающей металлургии, где чистые металлы извлекаются из их природных месторождений (руд). (Примером может служить плавка в доменной печи для получения чугуна, который используется для производства стали.)
Дальнейший анализ привел их к выводу, что, хотя низкие уровни pH (ниже 3) воды могут мобилизовать железо, кислотное выщелачивание не может полностью объяснить истощение железа в обширной области поверхности Марса. Уменьшение интенсивности выщелачивания железа от раннего до позднего нойского периода предполагает постепенное атмосферное окисление; по мере окисления атмосферы Марса ее парниковый эффект уменьшался, что в конечном итоге привело к холодной и сухой планете, которую мы видим сегодня, со льдом на обоих полюсах.
«Окисление поверхности и атмосферы Марса привело к тому, что Марс стал холодным из-за миграции льда с высокогорий в полярные регионы», — сказал Лю. Он указывает, что некоторые ученые считают, что перигляциальная среда — недра Марса под толстой криосферой, которая сочетает стабильную, долгосрочную жидкую воду и тепло — может быть пригодной для жизни.
Больше информации: Jiacheng Liu et al, Atmospheric oxidation drove climate change on Noachian Mars, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47326-0
0 комментариев