2017.01.27. - Metánkitörések melegíthették az ősi Marsot

Sok jel utal arra, hogy az ősi Mars felszínén folyékony halmazállapotú víz létezhetett. Azonban a bolygó akkoriban túl hideg lehetett ehhez, ha csak valamilyen hatékony üvegházhatású gáz nem melegítette a légkörét.

A folyékony halmazállapotú víz jelenléte az ősi Mars felszínén a bolygóval kapcsolatos, nehezen magyarázható problémák egyike. Számos geológiai jel utal arra, hogy 3-4 milliárd évvel ezelőtt időről időre víz folyt és hullámzott a felszínen, a feltételezések szerint azonban ekkor a bolygó hőmérséklete túlságosan alacsony lehetett ehhez. A Harvard University John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) intézetének kutatói Robin Wordsworth vezetésével arra voltak kíváncsiak, hogyan lehetne ezt az ellentmondást feloldani. Arra jutottak, hogy az ősi marsi légkört a metán, a szén-dioxid és a hidrogén közötti kölcsönhatás által okozott, periodikusan felerősödő üvegházhatás tarthatta elég melegen ahhoz, hogy a felszínen megjelenhessen és tartósan meg is maradhasson a folyékony halmazállapotú víz.

Négy milliárd évvel ezelőtt a Nap 30 százalékkal halványabb volt, mint ma, így a Marsot is a mainál jelentősen kevesebb besugárzás érte. A bolygóra jutó kevéske energia azonban a légkörben rekedt, meleg és nedves periódusokat eredményezve. A kutatók évtizedek óta próbálkoznak annak a modellnek a megalkotásával, amelyik alá is támasztaná ezt az intuitív elképzelést. Kézenfekvő megoldást jelentene a szén-dioxid hatása, amely a Mars mai atmoszférájának 95 százalékát teszi ki, és a Földön is jól ismert, üvegházhatású összetevője a légkörnek. Egyedül a szén-dioxid azonban nem magyarázza az ősi Mars hőmérsékletét. Wordsworth szerint a csak szén-dioxidos klímamodellekkel még akkor sem sikerül az olvadáspontot akár csak megközelítő hőmérsékletet elérni, ha annyi szén-dioxidot adnak hozzá, hogy a légköri nyomás a mainak a több százszorosa legyen. Valami másnak is kellett lenni a marsi atmoszférában, ami hozzájárult a szükséges mértékű üvegházhatás kialakulásához.

Az új eredmény szerint az ősi Marson az időről időre felerősödő üvegházhatás melegíthette a légkört olyan hőmérsékletre, hogy a bolygó felszínén megjelenhessen és egy ideig meg is maradhasson a folyékony halmazállapotú víz.
[NASA]

A kőzetbolygók légköréből az idő múlásával a könnyebb gázok - mint például a hidrogén - a világűrbe szöknek. (Valójában a Mars jellegzetes színét okozó oxidáció is a hidrogén elvesztésének közvetlen következménye.) Wordsworth és munkatársai ezeknek a légkörből régen eltávozott, ún. redukáló vegyületeknek a Mars ősi klimatikus viszonyaira gyakorolt lehetséges hatását vizsgálták, különös figyelmet fordítva a metánra, amely ma már éppen csak kimutatható a marsi atmoszférában. Több milliárd évvel ezelőtt azonban a geológiai folyamatok eredményeként jelentősen magasabb lehetett a légkör metántartalma. Ez a metán aztán a Szaturnusz Titan nevű holdján is megfigyelhető folyamatokhoz hasonló módon lassan hidrogénre és egyéb gázokra bomlott.

Mivel a mai földi atmoszférával nyilvánvalóan nem vethetjük össze, Wordsworth magyarázata szerint az ősi marsi légkör működésének megértéséhez először ezen molekulák alapvető tulajdonságaival és kölcsönhatásaival kell tisztában lennünk. Kollégáival ezért megvizsgálták, mi történik, ha a metán-, a hidrogén- és a szén-dioxid molekula ütközik, illetve azt, hogy milyen szerepet játszanak a folyamatban a Nap ultraibolya fotonjai. Azt találták, hogy a kölcsönhatások eredményeként nagyon hatékonnyá válik a sugárzás elnyelése, ezáltal pedig a légkör felmelegedése.

A hidrogén marsi légkörmelegítő hatását már Carl Sagan is felvetette 1977-ben, az okozott üvegházhatást azonban Wordsworth és munkatársai számszerűsítették először, és azt is ők mutatták ki elsőként, hogy az ősi Marson a metán is hatékony üvegházhatású gáz lehetett. Wordsworth szerint eddig a hidrogén és a metán szerepét, illetve a szén-dioxiddal való kölcsönhatásának fontosságát is jelentősen alábecsülték ebben a folyamatban.

A kutatók remélik, hogy a jövő marsi küldetései arra is kielégítő választ adnak majd, hogy pontosan milyen geológiai folyamatok eredményeként juthatott a metán több milliárd évvel ezelőtt a Mars légkörébe. Ez azért is fontos, mert az élet kialakulásához összetett kémiai feltételek kellenek, a redukáló hatású gázok légkörbe jutása, majd az ezt követő oxidációs folyamatok pedig megteremthették a szükséges környezetet az ősi Marson.

Az eredményeket részletező szakcikk a Geophysical Research Letters c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2017.01.24.