Марс не беше отсекогаш студената пустина што ја гледаме денес. Има се повеќе докази дека вода некогаш течела на површината на Црвената планета, пред милијарди години. А ако имало вода, сигурно имало и густа атмосфера за таа вода да не замрзне. Но, некаде пред околу 3,5 милијарди години, водата пресушила, а воздухот, некогаш обилен со јаглерод диоксид, драматично се разреди, оставајќи го само делот од атмосферата што се прилепува на планетата денес.
Каде точно отиде атмосферата на Марс? Ова прашање е централна мистерија на 4,6 милијарди годишната историја на Марс.
За двајца геолози од MIT, одговорот можеби лежи во глината на планетата. Во трудот што се појави денес во Science Advances, тие предлагаат дека голем дел од атмосферата што недостасува на Марс може да биде затворена во кората на планетата покриена со глина.
Тимот тврди дека, додека водата била присутна на Марс, течноста можела да протече низ одредени видови карпи и да предизвика бавен синџир на реакции кои постепено го извлекувале јаглеродниот диоксид од атмосферата и го претворале во метан – форма на јаглерод. кои би можеле да се чуваат со еони на глинената површина на планетата.
Слични процеси се случуваат во некои региони на Земјата. Истражувачите го искористија своето знаење за интеракциите помеѓу карпите и гасовите на Земјата и го применија тоа за тоа како слични процеси би можеле да се одвиваат на Марс. Тие открија дека, со оглед на тоа колку глина се проценува дека ја покрива површината на Марс, глината на планетата може да собере до 1,7 бари јаглерод диоксид, што би било еквивалентно на околу 80 проценти од почетната, рана атмосфера на планетата.
Можно е овој заробен јаглерод на Марс еден ден да биде обновен и претворен во погонско гориво за да ги поттикне идните мисии меѓу Марс и Земјата, предлагаат истражувачите.
„Врз основа на нашите наоди на Земјата, покажуваме дека слични процеси веројатно функционирале на Марс и дека обилните количини на CO2 во атмосферата би можеле да се трансформираат во метан и да се заробат во глини“, вели авторот на студијата Оливер Јагуц, професор по геологија на Катедрата за МИТ. Земја, атмосферски и планетарни науки (EAPS). „Овој метан сè уште може да биде присутен и можеби дури и да се користи како извор на енергија на Марс во иднина“.
Водечкиот автор на студијата е неодамнешниот дипломиран EAPS д-р Џошуа Мареј ’24.
Во наборите
Групата на Јагуц во МИТ се обидува да ги идентификува геолошките процеси и интеракции кои ја поттикнуваат еволуцијата на Земјината литосфера – тврдиот и кршлив надворешен слој кој ги вклучува кората и горната обвивка, каде што лежат тектонските плочи.
Во 2023 година, тој и Мареј се фокусираа на еден вид површински глинест минерал наречен смектит, за кој е познато дека е многу ефикасна стапица за јаглерод. Во рамките на едно зрно смектит има мноштво набори, во кои јаглеродот може да седи непречено милијарди години. Тие покажаа дека смектитот на Земјата е веројатно производ на тектонска активност и дека, откако ќе се изложат на површината, глинените минерали дејствувале за да исцрпат и складираат доволно јаглерод диоксид од атмосферата за да ја излади планетата во текот на милиони години.
Набргу откако тимот ги пријавил своите резултати, Јагуц случајно ја погледнал картата на површината на Марс и сфатил дека голем дел од површината на таа планета е покриена со истите смектитни глини. Дали глините можеле да имаат сличен ефект на заробување на јаглеродот на Марс, и ако е така, колку јаглерод би можеле да задржат глините?
„Знаеме дека овој процес се случува и тој е добро документиран на Земјата. И овие карпи и глини постојат на Марс“, вели Јагуц. „Значи, сакавме да се обидеме да ги поврземе точките“.
„Секој агол и пукнатина“
За разлика од Земјата, каде смектитот е последица на поместување и издигнување на континенталните плочи за да се донесат карпите од обвивката на површината, на Марс нема таква тектонска активност. Тимот бараше начини на кои глините би можеле да се формираат на Марс, врз основа на она што научниците го знаат за историјата и составот на планетата.
На пример, некои далечински мерења на површината на Марс сугерираат дека барем дел од кората на планетата содржи ултрамафични магматски карпи, слични на оние што создаваат смектити преку атмосферските влијанија на Земјата. Други набљудувања откриваат геолошки обрасци слични на копнените реки и притоки, каде што водата можела да тече и да реагира со основната карпа.
Јагуц и Мареј се прашуваа дали водата можела да реагира со длабоките ултрамафни карпи на Марс на начин што би ги создал глините што ја покриваат површината денес. Тие развија едноставен модел на хемија на карпите, врз основа на она што е познато за тоа како магнетните карпи комуницираат со нивната околина на Земјата.
Тие го примениле овој модел на Марс, каде што научниците веруваат дека кората главно се состои од магматска карпа која е богата со минералот оливин. Тимот го искористил моделот за да ги процени промените на карпите богати со оливин, претпоставувајќи дека водата постоела на површината најмалку милијарда години, а атмосферата била густа со јаглерод диоксид.
„Во овој момент во историјата на Марс, мислиме дека CO2 е насекаде, во секој ќош и пукнатина, а водата што се пробива низ карпите е исто така полна со CO2“, вели Мареј.
Во текот на околу милијарда години, водата што тече низ кората полека реагирала со оливин – минерал кој е богат со намалена форма на железо. Молекулите на кислородот во водата би се врзале за железото, ослободувајќи водород како резултат и формирајќи црвено оксидирано железо кое и ја дава на планетата нејзината иконска боја. Овој слободен водород потоа би се комбинирал со јаглерод диоксид во водата, за да формира метан. Како што оваа реакција напредувала со текот на времето, оливинот полека би се трансформирал во друг вид карпа богата со железо позната како серпентин, која потоа продолжила да реагира со вода за да формира смектит.
„Овие смектитни глини имаат толку многу капацитет да складираат јаглерод“, вели Мареј. „Значи, тогаш го искористивме постојното знаење за тоа како овие минерали се складираат во глините на Земјата, и екстраполиравме да кажеме, ако површината на Марс има толку глина во неа, колку метан можете да складирате во тие глини?
Тој и Јагуц откриле дека ако Марс е покриен со слој смектит длабок 1.100 метри, оваа количина глина може да складира огромна количина на метан, што е еквивалентно на најголемиот дел од јаглерод диоксидот во атмосферата за кој се смета дека исчезнал од планетата пресуши.
„Откривме дека проценките за глобалните волумени на глина на Марс се конзистентни со значителен дел од првичниот CO2 на Марс кој е засегнат како органски соединенија во кората богата со глина“, вели Мареј. „На некој начин, исчезнатата атмосфера на Марс може да се крие пред очи“.
„Каде отиде CO2 од раната, погуста атмосфера е фундаментално прашање во историјата на атмосферата на Марс, неговата клима и населливоста на микробите“, вели Брус Јакоски, почесен професор по геологија на Универзитетот во Колорадо и главен истражувач на мисијата Марс Атмосфера и испарлива еволуција (MAVEN), која орбитира и ја проучува горната атмосфера на Марс од 2014 година. Јакоски не бил вклучен во тековната студија. „Мареј и Јагуц ја испитуваат хемиската интеракција на карпите со атмосферата како средство за отстранување на CO2. На високо ниво на нашите проценки за тоа колку атмосферски влијанија се случиле, ова може да биде главен процес во отстранувањето на CO2 од раната атмосфера на Марс.
Анализа на Институтот за технологија на Масачусетс