|
Плотная атмосфера Марса заперта в глинистой поверхности
|
|
|
|
Марс не всегда был холодной пустыней, какой мы видим его сегодня. Появляется все больше свидетельств того, что миллиарды лет назад на поверхности Красной планеты когда-то текла вода. И если там была вода, то должна была быть и плотная атмосфера, предохраняющая эту воду от замерзания. Но где-то около 3,5 миллиардов лет назад вода высохла, а воздух, некогда насыщенный углекислым газом, резко разрежился, оставив после себя лишь остатки атмосферы, которые сегодня удерживаются на планете.
|
|
|
|
Куда именно делась атмосфера Марса? Этот вопрос был главной загадкой истории Марса, насчитывающей 4,6 миллиарда лет.
|
|
|
|
Для двух геологов Массачусетского технологического института ответ, возможно, кроется в глине планеты. В статье, опубликованной в журнале Science Advances, они предполагают, что большая часть отсутствующей атмосферы Марса может быть заключена в глинистой коре планеты. Ведущий автор исследования - недавний выпускник EAPS Джошуа Мюррей, доктор философии, 24 года.
|
|
|
|
Команда ученых утверждает, что, хотя на Марсе присутствовала вода, жидкость могла просачиваться сквозь определенные типы горных пород и запускать медленную цепочку реакций, которые постепенно выводили углекислый газ из атмосферы и превращали его в метан — форму углерода, которая могла храниться в атмосфере планеты в течение многих веков. глиняная поверхность.
|
|
|
Подобные процессы происходят в некоторых регионах Земли. Исследователи использовали свои знания о взаимодействии горных пород и газов на Земле и применили их к тому, как подобные процессы могут протекать на Марсе. Они обнаружили, что, учитывая, сколько глины, по оценкам, покрывает поверхность Марса, глина планеты может содержать до 1,7 бар углекислого газа, что эквивалентно примерно 80% первоначальной атмосферы планеты.
|
|
|
|
Исследователи предполагают, что этот изолированный марсианский углерод однажды может быть извлечен и преобразован в топливо для будущих полетов между Марсом и Землей.
|
|
|
|
"Основываясь на наших находках на Земле, мы показываем, что аналогичные процессы, вероятно, происходили и на Марсе, и что большое количество атмосферного CO2 могло трансформироваться в метан и удерживаться в глинах", - говорит автор исследования Оливер Ягутц, профессор геологии факультета наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS).. "Этот метан все еще может присутствовать и, возможно, даже использоваться в качестве источника энергии на Марсе в будущем".
|
|
В складках
|
|
|
|
Группа Ягутца в Массачусетском технологическом институте стремится выявить геологические процессы и взаимодействия, которые управляют эволюцией литосферы Земли — твердого и хрупкого внешнего слоя, включающего кору и верхнюю мантию, где залегают тектонические плиты.
|
|
|
|
В 2023 году он и Мюррей сосредоточились на типе поверхностного глинистого минерала под названием смектит, который, как известно, является высокоэффективной ловушкой углерода. Внутри одного зерна смектита находится множество складок, внутри которых углерод может оставаться нетронутым в течение миллиардов лет. Они показали, что смектит на Земле, вероятно, был продуктом тектонической активности, и что, оказавшись на поверхности, глинистые минералы начали вытягивать и накапливать достаточное количество углекислого газа из атмосферы, чтобы охлаждать планету в течение миллионов лет.
|
|
|
|
Вскоре после того, как команда сообщила о своих результатах, Ягутц случайно взглянул на карту поверхности Марса и понял, что большая часть поверхности этой планеты покрыта такими же смектитовыми глинами. Могли ли глины оказывать аналогичное воздействие на улавливание углерода на Марсе, и если да, то сколько углерода могли удерживать глины?
|
|
|
|
"Мы знаем, что этот процесс происходит, и он хорошо задокументирован на Земле. И эти камни и глины существуют на Марсе", - говорит Ягутц. "Итак, мы хотели попытаться соединить все точки зрения".
|
|
"Каждый уголок и трещинка"
|
|
|
|
В отличие от Земли, где смектит является следствием смещения континентальных плит и поднятия горных пород из мантии на поверхность, на Марсе нет подобной тектонической активности. Команда искала пути, по которым глины могли образоваться на Марсе, основываясь на том, что ученым известно об истории и составе планеты.
|
|
|
|
Например, некоторые дистанционные измерения поверхности Марса показывают, что по крайней мере часть земной коры содержит ультраосновные магматические породы, подобные тем, которые образуются в результате выветривания на Земле. Другие наблюдения выявляют геологические закономерности, сходные с земными реками и притоками, где вода могла течь и вступать в реакцию с подстилающей породой.
|
|
|
|
Ягутц и Мюррей задались вопросом, могла ли вода вступить в реакцию с глубинными ультраосновными породами Марса таким образом, чтобы образовались глины, которые сегодня покрывают поверхность. Они разработали простую модель химического состава горных пород, основанную на том, что известно о том, как магматические породы взаимодействуют с окружающей средой на Земле.
|
|
|
|
Они применили эту модель к Марсу, где, по мнению ученых, земная кора в основном состоит из магматических пород, богатых минералом оливином. Команда использовала эту модель для оценки изменений, которым могут подвергнуться богатые оливином породы, предполагая, что вода существовала на поверхности по меньшей мере миллиард лет, а атмосфера была насыщена углекислым газом.
|
|
|
|
"В настоящее время в истории Марса мы думаем, что CO2 присутствует повсюду, в каждом уголке и трещинке, и вода, просачивающаяся сквозь скалы, тоже полна CO2", - говорит Мюррей.
|
|
|
|
Примерно за миллиард лет вода, просачивающаяся сквозь земную кору, медленно вступила бы в реакцию с оливином — минералом, богатым восстановленной формой железа. Молекулы кислорода в воде связывались бы с железом, выделяя в результате водород и образуя красное окисленное железо, которое придает планете ее культовый цвет.
|
|
|
|
Затем этот свободный водород соединился бы с углекислым газом в воде, образовав метан. По мере того, как эта реакция протекала в течение долгого времени, оливин постепенно превратился бы в другой тип обогащенной железом породы, известный как серпентин, который затем продолжал бы взаимодействовать с водой, образуя смектит.
|
|
|
|
"Эти смектитовые глины обладают огромной способностью накапливать углерод", - говорит Мюррей. "Итак, затем мы использовали существующие знания о том, как эти минералы хранятся в глинах на Земле, и экстраполировали их, чтобы сказать: если на поверхности Марса так много глины, то сколько метана вы можете хранить в этих глинах?"
|
|
|
|
Он и Ягутц обнаружили, что если Марс покрыт слоем смектита глубиной 1100 метров, то такое количество глины может содержать огромное количество метана, эквивалентного большей части углекислого газа в атмосфере, который, как считается, исчез с тех пор, как планета высохла.
|
|
|
|
"Мы обнаружили, что оценки глобальных объемов глины на Марсе согласуются с тем, что значительная часть исходного CO2 на Марсе была поглощена в виде органических соединений в богатой глиной коре", - говорит Мюррей. "В некотором смысле, отсутствие атмосферы на Марсе может скрываться у всех на виду".
|
|
|
|
Источник
|
