|
Окисление атмосферы и образование современного Марса
|
|
|
|
Как и Земля, Марс сформировался около 4,5 миллиардов лет назад, но его поверхность в раннем возрасте сильно отличалась от сегодняшней. В период, известный как поздняя тяжелая бомбардировка, на поверхность Марса часто падали метеориты и астероиды. Но в то время как современный Марс холодный, засушливый, с двумя ледяными полюсами и окислительной атмосферой, где, например, образуются ржавчины из материалов, богатых железом, ранний Марс характеризовался ледяным высокогорьем, периодическим потеплением и восстановительной атмосферой.
|
|
|
|
Причина изменения климата остается неясной. Теперь исследовательская группа из Китая обнаружила доказательства того, что окисление атмосферы привело к тому, что Марс был холодным и биполярным на ранних этапах его истории. Их работа опубликована в Nature Communications.
|
|
|
|
Ноахианский период - это ранний период на Марсе, характеризовавшийся высокой частотой столкновений с астероидами и, возможно, наличием большого количества поверхностных вод. Точный период неизвестен, но, вероятно, ноахианская эра началась 4,1-3,7 миллиарда лет назад. За ней последовала гесперийская эра, наступившая 3,7-3,0 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
|
|
|
Появившиеся в последние годы данные свидетельствуют о том, что в атмосфере раннего Марса преобладал углекислый газ (CO2), а также восстановительные газы, такие как водород. В восстановительной атмосфере окисление предотвращается из-за отсутствия кислорода и других окисляющих газов, а восстановительные газы, такие как водород, монооксид углерода и метан, легко поглощают любой кислород и, в случае водорода, переходят в водяную фазу.
|
|
|
|
Восстановительная атмосфера может создавать сильный парниковый эффект, который, возможно, сыграл значительную роль в потеплении на раннем этапе развития Марса. Поскольку интенсивность парникового эффекта тесно связана с присутствием восстановительных газов, окисление атмосферы привело бы к похолоданию, наблюдаемому сегодня. (Парниковый эффект на Марсе сегодня составляет всего около 8°C, по сравнению с примерно 33°C на Земле.)
|
|
|
|
Гамма-спектрометр Mars Odyssey - это измерительный прибор, установленный на космическом аппарате Mars Odyssey 2001 года выпуска, который находится на орбите Марса с 2001 года и возвращает данные о геологии верхних 30 см поверхности Марса, такие как местоположение воды и идентифицирующие элементы.
|
|
|
|
Более ранние исследования показали, что поверхностное содержание железа в местности, относящейся к эпохе Ноаха, было относительно низким по сравнению с территориями гесперийской эры (от 3,7 до 3,0 миллиардов лет назад) и амазонской эры (от 3,0 миллиардов лет до сегодняшнего дня), а также со средним уровнем содержания железа на поверхности земли.
|
|
|
|
Почему содержание железа на раннем Марсе было низким по сравнению с последними 3 миллиардами лет? Эволюция земной коры этого не объясняет. Это могло быть вызвано наличием жидкой воды на раннем Марсе, которая могла содержать некоторое количество железа на глубине ниже 30-сантиметрового диапазона спектрометра, поскольку на подвижность железа влияют температура, кислотность, химический состав воды и окислительно-восстановительное состояние, которое является степенью окисления элемента, определяющей его химическое поведение. Это могло бы определить распределение изобилия железа на поверхности Марса, особенно если бы атмосфера играла определенную роль.
|
|
|
|
Цзячэн Лю (Jiacheng Liu) из Гонконгского университета вместе с коллегами изучил распределение железа на поверхности древнего Марса как в пространстве, так и во времени, используя результаты спектрометра Mars Odyssey. Они обнаружили, что изобилие железа уменьшалось с увеличением высоты на раннем Марсе, в более раннюю ноахианскую эру, но уменьшалось с увеличением широты на более поздних ноахианских территориях.
|
|
|
|
Почему такая разница?
|
|
|
|
Группа использовала глобальный геологический разрыв Марса, чтобы определить относительный возраст поверхности по сеткам, нанесенным на поверхность, и относительное содержание железа. Эти данные позволили лучше понять взаимосвязь между окислительно-восстановительными процессами и изменениями климатических режимов.
|
|
|
|
"Наше открытие говорит о том, что температура поверхности Марса постепенно менялась от преобладающей по высоте к преобладающей по широте в сочетании с окислением атмосферы в течение периода Ноаха", - пишут они.
|
|
|
|
Одно из предположений группы заключается в том, что ледяное выветривание и "низкие температурные условия способствовали истощению поверхностного содержания железа, чему, вероятно, способствовало бескислородное выщелачивание в результате циклов замораживания-оттаивания в восстановительной атмосфере".
|
|
|
|
Выщелачивание - это процесс, широко используемый в добывающей металлургии, при котором чистые металлы извлекаются из их естественных залежей полезных ископаемых (руд). (Примером может служить плавка в доменной печи для получения чугуна, который используется для производства стали).
|
|
|
|
Дальнейший анализ привел их к выводу, что, хотя низкий уровень рН (ниже 3) воды может мобилизовать железо, кислотное выщелачивание не может полностью объяснить истощение запасов железа на обширной территории поверхности Марса. Снижение интенсивности выщелачивания железа с раннего по поздний ноахский период свидетельствует о постепенном окислении атмосферы; по мере окисления атмосферы Марса уменьшался ее парниковый эффект, что в конечном итоге привело к тому, что планета стала такой холодной и сухой, какой мы ее 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 отмечает, что некоторые ученые полагают, что перигляциальная среда — недра Марса под толстой криосферой, которая сочетает в себе стабильную, долговременную жидкую воду и тепло - может быть пригодна для жизни.
|
|
|
|
Источник
|
