Det kan være almindeligt, men kulstof kan have en enorm indflydelse på dannelsen og udviklingen af en planetens atmosfære. Ifølge en ny undersøgelse i Proceedings of the National Academy of Sciences, hvis Mars slappede af det meste af kulstofforsyningen som metan, ville det sandsynligvis have været tempereret nok til at få flydende vand til at dannes. Netop hvordan fanget kulstof undslipper via jernrig magma giver os vigtige ledetråde med hensyn til den rolle, det spiller i ”tidlig atmosfæreudvikling på Mars og andre jordlige kropper”.
Mens en planetes atmosfære er dens ydre lag, har den sin begyndelse langt under. Under dannelsen af en planet klæber mantelen - et lag mellem planetens kerne og øvre skorpe - sig til kulstof under jorden, når den smelter for at skabe magma. Når den viskøse magma stiger opad til overfladen, mindskes trykket, og det fangede kulstof frigives som gas. Som et eksempel er Jordens bundne kulstof indkapslet i magma som carbonat, og dets frigjorte gas er kuldioxid. Som vi ved, er kuldioxid en "drivhusgas", der gør det muligt for vores planet at absorbere varme fra solen. Frigørelsesprocessen for fanget kulstof på andre planeter - og dens efterfølgende drivhuseffekter - er imidlertid ikke godt forstået ..
”Vi ved, at kulstof går fra den faste mantel til den flydende magma, fra væske til gas og derefter ud,” sagde Alberto Saal, professor i geologiske videnskaber ved Brown og en af undersøgelsens forfattere. "Vi vil forstå, hvordan de forskellige kulstofarter, der dannes under de forhold, der er relevante for planeten, påvirker overførslen."
Takket være den nye undersøgelse, der også omfattede forskere fra Northwestern University og Carnegie Institution of Washington, er vi i stand til at se nærmere på frigørelsesprocesserne for andre landmantler, såsom dem der findes på Månen, Mars og lignende kroppe . Her dannes det fangede kulstof i magmaen som jerncarbonyl - undslipper derefter som metan og kulilte. Ligesom kuldioxid har begge disse gasser et enormt potentiale som drivhus.
Holdet sammen med Malcolm Rutherford fra Brown, Steven Jacobsen fra Northwestern og Erik Hauri fra Carnegie Institution kom til nogle betydelige konklusioner om den tidlige vulkanhistorie af Mars. Hvis den fulgte den fængslede kulstofteori, kunne den meget vel have frigivet nok metangas til at have holdt den røde planet varm og hyggelig. Det skete dog ikke på en ”jordlignende” måde. Her understøtter vores mantel en tilstand, der er kendt som "iltfugacitet" - mængden af frit ilt til rådighed til at reagere med andre elementer. Mens vi har en høj hastighed, er organer som det tidlige Mars og Månen dårlige i sammenligning.
Nu kommer den virkelige videnskabsdel til spil. For at finde ud af, hvordan en lavere iltfugacitet påvirker "kulstofoverførsel", eksperimenterede forskerne med vulkansk basalt, som tæt matcher dem, der er placeret på både Mars og Månen. Gennem forskellige tryk, temperaturer og iltmangel blev den vulkanske sten smeltet og undersøgt med et spektrometer. Dette gjorde det muligt for forskerne at bestemme, hvor meget kulstof der blev absorberet, og hvilken form det tog. Deres fund? Ved svag iltfugacitet tog kulstof i fangenskab form af jerncarbonyl, og ved lavt tryk frigav jerncarbonylen som kulilte og methan.
”Vi fandt, at man i magmaen kan opløse mere kulstof ved lav iltflygtighed end hvad der tidligere var antaget,” sagde Diane Wetzel, en Brown kandidatstuderende og studiens hovedforfatter. ”Det spiller en stor rolle i afgasningen af planetariske interiører, og i hvordan det derefter vil påvirke udviklingen af atmosfærer i forskellige planetariske kropper.”
Som vi ved, har Mars en historie med vulkanisme, og undersøgelser som dette betyder, at store mængder af metan en gang skal have været frigivet via kulstofoverførsel. Kunne dette have udløst en drivhuseffekt? Det er helt muligt. Når alt kommer til alt kan methan i en tidlig atmosfære meget godt have understøttede forhold, der er varme nok til at have tilladt at danne flydende vand på overfladen.
Måske endda nok til at samle ...
Original historiekilde: Brown University News Release.
