Det kan være vanlig, men karbon kan ha stor innvirkning på dannelsen og utviklingen av en planetens atmosfære. I følge en ny studie i Proceedings of the National Academy of Sciences, hvis Mars slapp det meste av karbonforsyningen som metan, ville det sannsynligvis ha vært temperert nok til å få dannet flytende vann. Hvordan fanget karbon rømmer via jernrik magma gir oss viktige ledetråder om rollen det spiller i "tidlig atmosfærisk evolusjon på Mars og andre jordiske kropper".
Mens atmosfæren til en planet er dens ytre lag, har den begynnelsen langt under. Under dannelsen av en planet, klemmes mantelen - et lag mellom planetens kjerne og øvre jordskorpe - til karbon under jorden når den smelter for å lage magma. Når den tyktflytende magma stiger oppover til overflaten, reduseres trykket og det fangede karbon frigjøres som gass. Som et eksempel er jordens fangenskapelige karbon innkapslet i magma som karbonat, og dens frigjorte gass er karbondioksid. Som vi vet, er karbondioksid en "klimagass" som gjør at planeten vår kan absorbere varme fra solen. Utløsningsprosessen for fanget karbon på andre planeter - og dens påfølgende drivhuseffekter - er imidlertid ikke godt forstått ..
"Vi vet at karbon går fra den faste mantelen til den flytende magmaen, fra væske til gass og deretter ut," sa Alberto Saal, professor i geologiske vitenskaper ved Brown og en av studiens forfattere. "Vi ønsker å forstå hvordan de forskjellige karbonartene som dannes under forholdene som er relevante for planeten, påvirker overføringen."
Takket være den nye studien, som også inkluderte forskere fra Northwestern University og Carnegie Institution of Washington, er vi i stand til å se nærmere på frigjøringsprosessene for andre landmantler, for eksempel de som finnes på månen, Mars og lignende kropper . Her dannes det fangede karbon i magmaen som jernkarbonyl - og slipper deretter ut som metan og karbonmonoksid. Som karbondioksid har begge disse gassene et enormt potensiale som drivhus.
Teamet, sammen med Malcolm Rutherford fra Brown, Steven Jacobsen fra Northwestern og Erik Hauri fra Carnegie Institution, kom til noen viktige konklusjoner om den tidlige vulkanske historien til Mars. Hvis den fulgte den fengslede karbonteorien, kan det ha godt frigitt nok metangass til å ha holdt Red Planet varm og koselig. Imidlertid skjedde det ikke på en "jordlignende" måte. Her støtter vår mantel en tilstand som kalles “oksygenfugasitet” - volumet med gratis oksygen som er tilgjengelig for å reagere med andre elementer. Mens vi har en høy hastighet, er kropper som tidlig Mars og Månen dårlige i sammenligning.
Nå kommer den virkelige vitenskapelige delen inn. For å oppdage hvordan en lavere oksygenflyktighet påvirker “karbonoverføring”, eksperimenterte forskerne med vulkansk basalt som nært samsvarer med de som ligger på både Mars og månen. Gjennom forskjellige trykk, temperaturer og oksygenfugasiteter ble den vulkanske bergarten smeltet og studert med et spektrometer. Dette tillot forskerne å bestemme hvor mye karbon som ble absorbert og hvilken form det tok. Funnene deres? Ved svake oksygenforekomster tok fanget karbon form av jernkarbonyl og ved lavt trykk frigjorde jernkarbonylen som karbonmonoksid og metan.
"Vi fant ut at du kan løse opp i magmaen mer karbon ved lav oksygenflyktighet enn det som tidligere var trodd," sa Diane Wetzel, en Brown-student og studiens hovedforfatter. "Det spiller en stor rolle i avgassing av planetariske interiører og hvordan det da vil påvirke utviklingen av atmosfæren i forskjellige planetariske kropper."
Som vi vet, har Mars en historie med vulkanisme og studier som dette betyr at store mengder metan må ha blitt frigitt en gang via karbonoverføring. Kan dette ha utløst en drivhuseffekt? Det er fullt mulig. Tross alt kan metan i en tidlig atmosfære meget godt ha understøttet forhold som er varme nok til å ha tillatt flytende vann å dannes på overflaten.
Kanskje til og med nok til å samle ...
Original historiekilde: Brown University News Release.
