Caltech JPL e cientistas sugerem as impressões digitais de fotoquímica início de fornecer uma solução para o mistério de longa data.Marte é coberta por uma fina, principalmente dióxido de carbono e uma atmosfera que é demasiado fina para impedir que grandes quantidades de água na superfície do planeta de sublimação ou evaporação. Mas muitos pesquisadores têm sugerido que o planeta já foi envolta em uma atmosfera muitas vezes mais espessa que a da Terra. Durante décadas, que deixou a pergunta: "Onde é que todo o carbono ir?"
Agora, uma equipe de cientistas da Caltech JPL e acha que eles têm uma resposta possível. Os pesquisadores sugerem que 3,8 bilhões de anos, Marte pode ter tido apenas uma atmosfera moderadamente densa. Eles identificaram um processo fotoquímico que pode ter ajudado a uma atmosfera tão precoce evoluir para a corrente um fino sem criar o problema da "faltando" de carbono e de uma forma que é consistente com as medições isotópicas de carbono existentes.
"Com este novo mecanismo, tudo o que sabemos sobre a atmosfera marciana agora podem ser colocados juntos em uma imagem consistente de sua evolução", diz Renyu Hu, um pós-escolar no JPL, um visitante em ciência planetária da Caltech e principal autor o papel.
Ao considerar como a atmosfera marciana cedo poderia ter transferida para seu estado atual, existem dois possíveis mecanismos para a remoção do excesso de dióxido de carbono (CO2). Ou o CO2 foi incorporado minerais em rochas denominadas carbonatos ou foi perdida para o espaço.
Um recente estudo independente co-autoria de Bethany Ehlmann, professor assistente de ciência planetária e uma investigadora no JPL, usaram dados de vários satélites de Marte em órbita ao carbonato de inventário rochas, mostrando que não há carbonatos suficientes no quilômetro superior da crosta para conter a falta de carbono de uma atmosfera primitiva muito grossa que poderia ter existido cerca de 3,8 bilhões de anos atrás.
Para estudar o cenário de escape para espaço, os cientistas examinar a relação entre carbono 12 e carbono-13, dois isótopos estáveis do elemento carbono que tem o mesmo número de protões nos seus núcleos, mas diferentes números de neutrões, e por isso diferentes massas . Porque vários processos podem alterar as quantidades relativas desses dois isótopos na atmosfera ", podemos usar essas medições da relação em diferentes pontos no tempo como uma impressão digital para inferir exatamente o que aconteceu com a atmosfera marciana no passado", diz Hu.
O dióxido de carbono para gerar a atmosfera tem origem no manto do planeta e é liberado pelos vulcões ou preso em rochas cristalizadas a partir de magmas mostrado no diagrama acima. Uma vez na atmosfera, o CO2 pode trocar com as tampas polares, que passa a partir do gás de gelo e de volta de novo para o gás. O CO2 pode também dissolver-se em água, que podem em seguida precipitar carbonatos sólidos, quer em lagos na superfície ou em aquíferos superficiais.
Importantemente, o gás CO2 na atmosfera é continuamente perdida para o espaço a uma velocidade controlada, em parte, pela actividade do sol. O mecanismo fotodissociação ultravioleta (UV) que se destacam ocorre quando a radiação UV encontra uma molécula de CO2, quebrando as ligações a primeira forma de CO e, em seguida, átomos de C.
Isótopos fraccionamento ocorre quando os átomos de C são perdidos para o espaço, porque as mais leves de carbono-12 isótopos são mais facilmente removidos do que as mais pesadas de carbono-13 isótopos. Este fraccionamento, a perda preferencial de carbono-12 para o espaço, deixa uma impressão digital: enriquecimento da cadeia pesada de carbono-13 isótopo, medida na atmosfera de Marte hoje. Crédito: Lance Hayashida / Caltech Escritório de Comunicações Estratégicas
Para estabelecer um ponto de partida, os pesquisadores usaram medições da razão isotópica do carbono em meteoritos marcianos que contêm gases que se originaram no fundo do manto do planeta. Porque atmosferas são produzidos pela liberação de gases do manto através da atividade vulcânica, estas medições fornecem insights sobre a relação isotópica da atmosfera marciana originais.
Os cientistas então compararam esses valores para medições isotópicas da atmosfera marciana atual recentemente recolhido por Curiosity rover da NASA. Estas medições mostram a atmosfera para ser invulgarmente enriquecido em carbono-13.
Anteriormente, os pesquisadores pensaram que a principal forma de carbono marciano seria ejetado para o espaço foi através de um processo chamado de pulverização catódica, que envolve interações entre o vento solar ea atmosfera superior. Sputtering faz com que algumas partículas ligeiramente mais do isqueiro de carbono-12 do que o mais pesado de carbono-13-escapar inteiramente de Marte, mas este efeito é pequeno. Então, tinha de haver algum outro processo no trabalho.
Isto é, onde o novo mecanismo entra. No estudo, os investigadores descrevem um processo que se inicia com uma partícula de luz ultravioleta do sol golpear uma molécula de CO2 na atmosfera superior. Essa molécula absorve a energia do fóton e se divide em monóxido de carbono (CO) e oxigênio. Em seguida, uma outra partícula ultravioleta atinge o CO, fazendo com que ele dissociar-se em atómica carbono (C) e oxigénio. Alguns átomos de carbono produzidos desta forma ter energia suficiente para escapar da atmosfera, eo novo estudo mostra que o carbono-12 é muito mais provável para escapar do que o carbono-13.
Modelando os efeitos a longo prazo deste mecanismo fotodissociação ultravioleta juntamente com liberação vulcânica de gás, a perda via pulverização catódica, e perda a formação rochosa de carbonato, os pesquisadores descobriram que era muito eficiente em termos de enriquecimento de carbono-13 na atmosfera. Usando as restrições isotópicas, eles foram capazes de calcular que a atmosfera 3,8 bilhões de anos atrás, poderia ter tido a pressão da Terra ou menos na maioria dos cenários.
"A eficiência deste novo mecanismo mostra que há de fato nenhuma discrepância entre as medidas do valor enriquecido moderno para o carbono na atmosfera e a quantidade de rocha carbonática encontrada na superfície de Marte da curiosidade," diz Ehlmann, também um co-autor no novo estudo. "Com este mecanismo, podemos descrever um cenário evolutivo para Marte que faz sentido do orçamento de carbono aparente, sem processos ou reservatórios em falta."
Os autores concluem seu trabalho, apontando vários testes e refinamentos para o modelo. Por exemplo, os dados futuros do Mars Atmosphere em curso e missão Volatile Evolution (MAVEN) poderia fornecer o fracionamento de isótopos de perda atmosférica presentemente em curso para o espaço e melhorar a extrapolação para o início de Marte.
Hu sublinha que o trabalho é um excelente exemplo de esforço multidisciplinar. Por um lado, diz ele, a equipe analisou a química-a assinatura isotópica atmosférica, os processos de fuga, eo mecanismo de enriquecimento. Por outro, eles usaram evidências geológicas e sensoriamento remoto da superfície marciana. "Ao colocar esses juntos, fomos capazes de chegar a um resumo dos cenários de evolução", diz Hu. "Eu sinto que Caltech / JPL é um lugar único, onde temos a capacidade multidisciplinar e experiência para fazer isso acontecer."
Os cientistas descrevem suas descobertas em um artigo que aparece na edição de novembro de 24 de revista Nature Communications.
Os autores adicionais no papel ", traçando o destino de carbono ea evolução atmosférica de Marte," são Yuk Yung, o Professor Smits Família de Ciência Planetária da Caltech e um cientista de pesquisa sênior da JPL, e David Kass, um cientista da pesquisa no JPL . O trabalho foi apoiado pelo financiamento da NASA.
O Galaxy diário via Kimm Fesenmaier / Caltech
Crédito ao da página: NASA / JPL
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