Science Advances: Возможно, в глине Марса хранится часть атмосферы

Марс не всегда был холодной пустыней. Учёные находят доказательства того, что миллиарды лет назад на Красной планете была вода. А раз была вода, значит, была и плотная атмосфера, которая не давала ей замёрзнуть.

Но примерно 3,5 миллиарда лет назад вода исчезла, а насыщенная углекислым газом атмосфера стала разреженной. Осталась лишь слабая оболочка, которая окружает планету сегодня.

Куда же делась атмосфера Марса? Это было главной загадкой в истории планеты, возраст которой составляет 4,6 миллиарда лет.

Геологи из Массачусетского технологического института предполагают, что большая часть пропавшей атмосферы Марса может быть заперта в глинистой коре планеты.

Когда на Марсе была вода, она могла просачиваться через определённые типы пород и превращать углекислый газ из атмосферы в метан. Метан мог храниться веками в глинистой поверхности планеты.

В некоторых регионах Земли происходят подобные процессы. Исследователи применили знания о взаимодействии между горными породами и газами на Земле к Марсу. Они выяснили, что марсианская глина может удерживать до 1,7 бар углекислого газа — это примерно 80% первоначальной атмосферы планеты. Возможно, этот углерод однажды можно будет использовать в качестве топлива для полётов между Марсом и Землёй.

Основываясь на результатах, полученных на Земле, мы предполагаем, что на Марсе происходили аналогичные процессы. Вероятно, большое количество углекислого газа (CO₂) превратилось в метан и было поглощено глинами, — говорит Оливер Ягуц, профессор геологии Массачусетского технологического института. Этот метан может быть использован в качестве источника энергии на Марсе в будущем.

Ведущий автор исследования — Джошуа Мюррей, недавний выпускник Массачусетского технологического института.

В складках

Группа Ягуца из Массачусетского технологического института изучает геологические процессы и взаимодействия, которые определяют эволюцию земной литосферы — твёрдого и хрупкого внешнего слоя Земли, включающего кору и верхнюю мантию.

В 2023 году они с Мюрреем исследовали смектит — разновидность поверхностного глинистого минерала, который является ловушкой для углерода. Учёные выяснили, что смектит образуется в результате тектонической активности. Глинистые минералы накапливают углекислый газ из атмосферы, охлаждая таким образом планету в течение миллионов лет.

Ягуц случайно заметил, что поверхность Марса покрыта смектитовыми глинами, после того как команда сообщила о своих результатах. Он задался вопросом: могут ли эти глины удерживать углерод, как на Земле?

«Каждый уголок»

На Марсе нет такой тектонической активности, как на Земле, где смектит образуется при смещении и поднятии континентальных плит.

Команда изучила историю и состав Марса, чтобы понять, как могли образоваться глины. Некоторые измерения поверхности указывают на то, что часть коры планеты содержит породы, которые могут образовывать смектиты в результате выветривания. Другие наблюдения показывают, что вода могла течь по поверхности Марса и взаимодействовать с породой, подобно рекам и притокам на Земле.

Ягуц и Мюррей хотели узнать, могли ли на Марсе образоваться глины в результате реакции воды с породами. Они разработали модель химии горных пород на основе знаний о взаимодействии магматических пород с окружающей средой на Земле и применили её к Марсу.

Учёные предположили, что на поверхности Марса была вода и атмосфера, насыщенная углекислым газом, а верхняя кора состояла из богатых оливином магматических пород. С помощью модели они оценили возможные изменения такой породы.

Мюррей считает, что в этот период истории Марса углекислый газ был повсюду. Вода, просачиваясь через горные породы, тоже содержала CO₂.

В течение примерно миллиарда лет вода медленно вступала в реакцию с оливином — минералом, богатым восстановленной формой железа. В результате кислород из воды связывался с железом, выделяя водород и образуя красное окисленное железо, которое придаёт планете её цвет. Затем водород соединялся с углекислым газом, образуя метан.

Оливин превратился в серпентин — другой тип богатой железом породы. Он продолжил реагировать с водой и образовал смектит.

Мюррей говорит, что смектитовые глины могут использоваться для хранения углерода.

Мы применили знания о том, как минералы хранятся в глинах на Земле, к марсианской поверхности. Если на Марсе много глины, то сколько метана может в ней храниться?

Мюррей и Ягуц выяснили, что при слое смектита глубиной 1100 метров в глине Марса может содержаться большое количество метана, сравнимое с большей частью углекислого газа в атмосфере планеты, который исчез после высыхания Марса.

Оценки глобальных объёмов глины на Марсе показывают, что значительная часть первоначального CO₂ Марса была поглощена в виде органических соединений в богатой глиной коре, — говорит Мюррей.

В каком-то смысле недостающая атмосфера Марса может скрываться, но оставаться у нас на виду.

Результаты опубликованы в Science Advances.

25.09.2024