Някогашната плътна атмосфера на Марс може да е заключена в обширните глинени залежи на планетата. Водата е присъствала на Марс, течността може да е преминала през определени видове скали и е задействала бавна верига от реакции, които постепенно извличат въглеродния диоксид от атмосферата и го превръщат в метан - въглеродно съединение, което може да се съхранява в продължение на векове в глинената повърхност на планетата.
Това откритие на изследователи от Масачузетския технологичен институт (MIT) разкрива възможността за използване на тези ресурси за бъдещи мисии на Марс, като едновременно с това хвърля светлина върху климатичните промени в миналото на планетата и способността ѝ да поддържа живот.
Загадката на изчезващата атмосфера на Марс
Марс невинаги е бил безплодната, студена пустиня, която се вижда днес. Все повече доказателства сочат, че преди милиарди години по повърхността на Червената планета е текла вода. А ако е имало вода, трябва да е имало и плътна атмосфера, която да я предпазва от замръзване. Но някъде преди около 3.5 милиарда години водата е пресъхнала, а въздухът, някога натоварен с въглероден двуокис, драстично е изтънял, оставяйки само част от атмосферата, която се задържа около планетата днес.
Къде точно е изчезнала атмосферата на Марс? Този въпрос е основна загадка за учените, изследващи 4.6-милиардната история на Марс.
Глината - скритият трезор на марсианската атмосфера
За двама геолози от Масачузетския технологичен институт отговорът може да се крие в глината на планетата. В статия, публикувана наскоро в списание Science Advances, те предполагат, че голяма част от липсващата атмосфера на Марс може да е заключена в покритата с глина кора на планетата.
Екипът изказва предположението, че докато на Марс е имало вода, течността е могла да се просмуче през определени видове скали и да задейства бавна верига от реакции, които постепенно са извличали въглероден диоксид от атмосферата и са го превръщали в метан - въглеродно съединение, което може да се съхранява векове наред в глинената повърхност на планетата.
Подобни процеси протичат и в някои региони на Земята. Изследователите са използвали знанията си за взаимодействието между скалите и газовете на Земята и са ги приложили към въпроса как подобни процеси биха могли да протичат на Марс. Те установяват, че като се има предвид колко глина се предполага, че покрива повърхността на Марс, глината на планетата би могла да побере до 1.7 бара въглероден диоксид, което би било еквивалентно на около 80 % от първоначалната, ранна атмосфера на планетата.
Възможно е този погълнат марсиански въглерод един ден да бъде извлечен и превърнат в гориво за бъдещи мисии между Марс и Земята, предлагат изследователите.
"Въз основа на нашите открития на Земята показваме, че подобни процеси вероятно са действали и на Марс и че огромни количества атмосферен CO2 биха могли да се превърнат в метан погълнат в глините", обяснява авторът на изследването Оливър Джагуц (Oliver Jagoutz), професор по геология в катедрата по науки за Земята, атмосферата и планетите (EAPS) на Масачузетския технологичен институт (MIT). "Този метан все още може да присъства и може би дори да се използва като енергиен източник на Марс в бъдеще."
Тази схема илюстрира прогресивното изменение на богатите на желязо скали на Марс при взаимодействието на скалите с вода, съдържаща CO2 от атмосферата. В продължение на няколко милиарда години този процес би могъл да съхрани достатъчно CO2 в глинената повърхност под формата на метан, за да обясни по-голямата част от CO2, който е изчезнал от ранната атмосфера на планетата. Кредит:
Изследване на геоложките процеси на Марс
Групата на Джагуц в Масачузетския технологичен институт се стреми да идентифицира геоложките процеси и взаимодействия, които движат еволюцията на земната литосфера - твърдият и крехък външен слой, който включва кората и горната мантия, където се намират тектоничните плочи.
През 2023 г. Джагуц и колегите му се фокусират върху един вид повърхностен глинест минерал, наречен смектит, за който е известно, че е много ефективен капан за въглерод. В рамките на едно зрънце смектит има множество гънки, в които въглеродът може да се съхранява незасегнат в продължение на милиарди години. Те показват, че смектитът на Земята вероятно е продукт на тектонична дейност и че след като се разкрие на повърхността, глинените минерали привличат и съхраняват достатъчно въглероден диоксид от атмосферата, за да охладят планетата в продължение на милиони години.
Скоро след като екипът съобщава резултатите си, Джагуц поглежда карта на повърхността на Марс и разбира, че голяма част от повърхността на тази планета е покрита със същите глини от смектит. Възможно ли е глините да са имали подобен ефект на улавяне на въглерод на Марс и ако е така, колко въглерод биха могли да задържат глините?
"Знаем, че този процес се случва, и той е добре документиран на Земята. И тези скали и глини съществуват на Марс", разказва Джагуц. "Затова искахме да се опитаме да свържем точките."
Уникалните геоложки характеристики на Марс
За разлика от Земята, където смектитът е последица от разместването и издигането на континенталните плочи, които изкарват скалите от мантията на повърхността, на Марс няма такава тектонична активност. Екипът търси начините, по които глините биха могли да се образуват на Марс, въз основа на това, което се знае за историята и състава на планетата.
Например някои дистанционни измервания на повърхността на Марс предполагат, че поне част от кората на планетата съдържа магмени скали с нисък състав на силициев диоксид (т.нар ултрамафични скали), подобни на тези, които произвеждат смектити чрез изветряне на Земята. Други наблюдения разкриват геоложки модели, подобни на земните реки и притоци, където водата би могла да тече и да реагира с лежащите под нея скали.
Джагуц и екипът му се интересуват дали водата би могла да реагира с дълбоките ултрамафични скали на Марс по начин, който би довел до образуването на глините, които покриват повърхността днес. Те разработват прост модел на скалната химия, основан на това, което е известно за начина, по който магмените скали взаимодействат със средата си на Земята.
Те прилагат този модел към Марс, където учените смятат, че земната кора е изградена предимно от магмени скали, богати на минерала оливин. Екипът използва модела, за да оцени промените, които богатата на оливин скала би могла да претърпи, ако се предположи, че върху повърхността е имало вода в продължение на поне един милиард години, а атмосферата е била плътна с въглероден диоксид.
"В този момент от историята на Марс смятаме, че СО2 е навсякъде, във всяко кътче, а водата, която се просмуква през скалите, също е пълна с СО2," отбелязва водещият автор на изследването д-р Джошуа Мъри (Joshua Murray) от EAPS.
В продължение на около един милиард години водата, просмукваща се през кората, бавно би реагирала с оливина - минерал, който е богат на редуцирана форма на желязо. Кислородните молекули във водата са се свързали с желязото, като в резултат са освободили водород и са образували червеното окислено желязо, което придава емблематичния цвят на планетата. След това този свободен водород се е свързал с въглеродния диоксид във водата, за да образува метан. С напредването на тази реакция с течение на времето оливинът бавно се е превърнал в друг вид богата на желязо скала, наречена серпентин, която след това е продължила да реагира с водата, за да образува смектит.
Последици за климата на Марс и бъдещи изследователски операции
"Тези смектитови глини имат голям капацитет за съхранение на въглерод", обяснява Мъри. "Затова използвахме съществуващите знания за това как тези минерали се съхраняват в глините на Земята и екстраполирахме, за да кажем, че ако марсианската повърхност има толкова много глина, колко метан може да се съхрани в тези глини?"
Той и Джагуц установяват, че ако Марс е покрит със слой от смектит, който е дълбок 1100 метра, това количество глина може да съхрани огромно количество метан, равностойно на по-голямата част от въглеродния диоксид в атмосферата, за който се смята, че е изчезнал, откакто планетата е изсъхнала.
"Откриваме, че оценките на глобалните обеми глина на Марс са в съответствие с това, че значителна част от първоначалния CO2 на Марс е бил погълнат като органични съединения в богатата на глина кора", заявява Мъри. "В някои отношения липсващата атмосфера на Марс може да се крие направо пред очите ни."
"Къде е отишъл СО2 от ранната, по-плътна атмосфера е фундаментален въпрос в историята на атмосферата на Марс, неговия климат и обитаемостта от микроби", коментира Брус Джакоски (Bruce Jakosky), почетен професор по геология в Университета на Колорадо и главен изследовател на мисията Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), която от 2014 г. е в орбита и изучава горните слоеве на атмосферата на Марс. Джакоски не е участвал в настоящото проучване. „Мъри и Джагуц изследват химическото взаимодействие на скалите с атмосферата като средство за извличане на CO2. Според високата граница на нашите оценки за степента на изветряне, това може да е бил основният процес за извеждането на CO2 от ранната атмосфера на Марс."
Справка: “Olivine alteration and the loss of Mars’ early atmospheric carbon” by Joshua Murray and Oliver Jagoutz, 25 September 2024, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adm8443
Източник: Mars’ missing atmosphere could be hiding in plain sight, Jennifer Chu, MIT News
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари