Астрономы объяснили избыток тяжелого углерода в атмосфере Марса

Астрономы из Калифорнийского технического института и Лаборатории реактивного движения NASA обнаружили механизм, который мог бы объяснить исчезновение атмосферы Марса. Согласно исследованию ученых, ключевую роль в исчезновении углекислого газа могли сыграть реакции распада молекул под действием света. Работа опубликована в журнале Nature Communications, кратко о ней сообщает пресс-релиз института.

Авторы работы искали возможные процессы, объясняющие современные количества тяжелого (¹³C) углекислого газа в атмосфере красной планеты и в ее литосфере (в форме карбонатов). В частности, на основе ранних данных о количествах углерода-13 и углерода-12 в минералах, относящихся к Амазонийской и Нойской эрам, ученым удалось установить что максимальное давление марсианской атмосферы 3,8 миллиарда лет назад не превышало земное. Вместе с тем, исследования обнаружили в минералах большие количества ¹³C, чем в атмосфере.

Такой результат указывает на то, что тяжелый углекислый газ мог по каким-то причинам концентрироваться в атмосфере Марса. Авторы работы предложили один из вариантов такого процесса — фотолитическую диссоциацию углекислого газа под действием ультрафиолета. В этом процессе молекула CO₂ поглощает квант высокоэнергетического излучения и распадается на молекулу угарного газа (CO) и кислород. Затем, аналогичным образом распадается и молекула угарного газа — на углерод и кислород. 

При этом, каждая из образовавшихся частиц получает прибавку к своей кинетической энергии и возможность покинуть верхние слои атмосферы. Однако, добавочная скорость в случае обычного атома углерода-12 оказывается больше, чем для тяжелого изотопа. Поэтому углерод-12 покидает атмосферу быстрее и происходит накопление тяжелого углерода.

Авторы указывают, что для подтверждения новой модели потребуется дождаться данных миссии MAVEN, находящейся сейчас на орбите Марса. Аппарат определит соотношение изотопов в шлейфе газа, покидающего марсианскую атмосферу. Если окажется, что он беден углеродом-13, то это может стать подтверждением гипотезы ученых.

Существует несколько объяснений исчезновения атмосферы Марса. Одна из гипотез предполагает, что большая часть углекислого газа перешла в карбонатные минералы. Однако, экспериментальные наблюдения, проводимые с помощью марсоходов, указывают на то, что это не может быть единственным процессом, ответственным за потерю атмосферы — карбонатов на поверхности Марса не так много.