新研究解释了火星氛围中的碳损失

该图表描绘了碳已经在火星内部，表面岩，极帽，水域和大气中交换的路径，并且还描绘了它从大气中丢失的机制，具有强烈的同位素比率。学分：Lance Hayashida / Caltech

CALTECH和NASA的新研究提供了Martian氛围中的“缺失”碳的解释，表明从中度密集的大气到当前薄的碳的过渡完全是可能的。

火星被一个薄的，大多数二氧化碳气氛覆盖 - 一种更薄的东西，无法保持水冻结或快速蒸发。然而，地质证据引领科学家得出结论，古代火星曾经是一个温暖，潮湿的地方。为了产生更温和的气候，几位研究人员建议地球曾经笼罩在较厚的二氧化碳气氛中。几十年来留下了这个问题，“所有碳都在哪里？”

太阳风剥去了大部分火星的古老氛围，每天仍在删除它的吨。但科学家们已经困惑，为什么他们没有找到更多的碳酸盐 - 碳酸盐的形式 - 抓住火星岩石。他们还试图解释现代火星氛围中较重和较轻的碳的比例。

现在，来自加州理工学院和美国宇航局的喷气机推进实验室的一支科学家团队，都在帕萨迪纳，在今天发表的纸上发出了“缺失”碳的解释。

他们建议，38亿年前，火星可能有一个适度致密的氛围。这样的气氛 - 表面压力等于或小于地球上发现的表面压力 - 可能已经进化到当前的薄片中，不仅减去“缺失”碳问题，而且还以碳的观察比一致的方式。 13至碳-12，仅通过每个细胞核中的中子有多少种不同。

“我们的论文表明，从中度密集的大气过渡到当前薄的大气完全可能，”首席作者Renyu Hu的Caltech Proddoctoral Celys说。“我们对火星氛围所知的是令人兴奋的，现在可以拼凑成一贯的演变的图片 - 这不需要大规模未被发腐的碳储层。”

在考虑早期火星氛围如何转向其当前状态时，有两种可能的方法可以去除过量二氧化碳。将二氧化碳掺入称为碳酸盐的岩石中，或者它损失到空间。

2015年8月研究了从几个火星轨道航天器到库存碳酸盐的数据，在上半英里（一公里）或地壳中，在网络中，在上半英里（一公里）或壳体中含有缺失的碳，差不多有足够的碳的数据古河渠道活跃，大约38亿年前。

逃脱的空间方案也存在问题。因为各种方法可以在大气中将碳-13的相对量改变为碳-12同位素，“我们可以使用这些比率在不同点的比率作为指纹，以便在过去究竟推断出在火星氛围中发生的事情，“胡说服说。第一个约束通过测量含有气体在火星内部释放的气体的陨石中的比例来设定，提供对原始火星大气的起始同位素比率的洞察力。现代比率来自SAM（MARS样品分析）仪器上的测量仪器在美国宇航局的好奇路虎上。

二氧化碳从火星气氛中逸出的一种方式被称为溅射，这涉及太阳风与上层大气之间的相互作用。美国宇航局的Maven（火星氛围和挥发性）使命已经产生最近的结果，表明每秒大约四分之一磅（约100克）通过这一过程从今天的火星氛围中剥离，可能是大气损失的主要驱动器。与碳-13相比，溅射略微丧失碳-12，但这种效果很小。好奇心的测量表明，今天的火星氛围更富有碳-13-与碳-12比例，而不是仅仅是溅射的结果，因此不同的过程也必须在工作中。

胡及其共同作者确定了一种可以显着促进碳-13富集的机制。该过程从太阳撞击上层大气中的二氧化碳分子的紫外（UV）光开始，将其分成一氧化碳和氧气。然后，UV光击中一氧化碳并将其分成碳和氧气。一些碳原子产生这种方式有足够的能量来逃离大气层，新的研究表明，碳-12比碳-13更容易逃脱。

模拟这种“紫外线光度消极”机制的长期效果，研究人员发现，该过程的少量逃逸留下了碳同位素比的大指纹。反过来，他们允许他们计算大气3.8亿年前可能已经有一个表面压力比今天的地球氛围更少。

“这解决了一位长期的悖论，”卡特克和杰普尼斯·鲍普尼斯·鲍普兰人（JPL）表示，这是今天的出版物和八月的关于碳酸盐。“所谓的非常厚的气氛似乎暗示你需要这种大表面碳储层，但紫外线照相处理过程的效率意味着实际上没有悖论。您可以使用正常损耗流程，因为我们了解它们，检测到的碳酸盐量，并找到有意义的火星的进化场景。“

出版物：Renyu Hu，等，“追踪碳的命运和火星的大气演变，”自然通信6，物品编号：10003; DOI：10.1038 / ncomms10003