Çalışma, Mars’ın erken kalın atmosferinin gezegenin kil yüzeyinde kilitli olabileceğini gösteriyor

Mars her zaman bugün gördüğümüz soğuk çöl değildi. Milyarlarca yıl önce kırmızı gezegenin yüzeyinde bir zamanlar su aktığına dair artan kanıtlar var. Ve eğer su varsa, o suyun donmasını önleyen kalın bir atmosfer de olmalıydı. Ancak yaklaşık 3,5 milyar yıl önce su kurudu ve bir zamanlar karbondioksitle ağır olan hava önemli ölçüde inceldi ve bugün gezegene tutunan bir atmosfer izi bıraktı.

Mars’ın atmosferi tam olarak nereye gitti? Bu soru, Mars’ın 4,6 milyar yıllık tarihinin merkezi gizemi olmuştur.

İki MIT jeoloğuna göre cevap gezegenin kilinde yatıyor olabilir. kağıt görünen Bilim İlerliyorMars’ın eksik atmosferinin çoğunun gezegenin kil kaplı kabuğunda kilitli olabileceğini öne sürüyorlar. Çalışmanın baş yazarı, yakın zamanda EAPS’den mezun olan Joshua Murray Ph.D. ’24’tür.

Ekip, Mars’ta su mevcut olsa da, sıvının belirli kaya türlerinin arasından sızarak yavaş bir reaksiyon zincirini başlatmış olabileceğini ve bu reaksiyonların giderek atmosferdeki karbondioksiti çekip metana dönüştürmüş olabileceğini ileri sürüyor. Metan, gezegenin kil yüzeyinde milyonlarca yıl depolanabilen bir karbon türüdür.

Benzer süreçler Dünya’nın bazı bölgelerinde gerçekleşir. Araştırmacılar Dünya’daki kayalar ve gazlar arasındaki etkileşimler hakkındaki bilgilerini kullandılar ve bunu Mars’ta benzer süreçlerin nasıl gerçekleşebileceğine uyguladılar. Mars’ın yüzeyini kapladığı tahmin edilen kil miktarı göz önüne alındığında, gezegenin kilinin 1,7 bara kadar karbondioksit tutabileceğini buldular; bu da gezegenin ilk, erken atmosferinin yaklaşık %80’ine eşdeğer olurdu.

Araştırmacılar, bu izole edilmiş Mars karbonunun bir gün geri kazanılıp Mars ile Dünya arasında yapılacak gelecekteki görevler için yakıt olarak kullanılabileceğini öne sürüyor.

“Dünya’daki bulgularımıza dayanarak, benzer süreçlerin Mars’ta da işlediğini ve atmosferdeki bol miktarda CO2’nin₂ “metana dönüşmüş ve kilde tutulmuş olabilir” diyor çalışmanın yazarı, MIT’nin Dünya, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümü’nde (EAPS) jeoloji profesörü olan Oliver Jagoutz. “Bu metan hala mevcut olabilir ve hatta gelecekte Mars’ta bir enerji kaynağı olarak bile kullanılabilir.”

Katlamalarda

Jagoutz’un MIT’deki grubu, tektonik plakaların bulunduğu, kabuğu ve üst mantoyu içeren sert ve kırılgan dış tabaka olan Dünya’nın litosferinin evrimini yönlendiren jeolojik süreçleri ve etkileşimleri belirlemeye çalışıyor.

2023’te, o ve Murray, karbon için oldukça etkili bir tuzak olduğu bilinen smectite adı verilen bir tür yüzey kil mineraline odaklandılar. Tek bir smectite tanesinin içinde, karbonun milyarlarca yıl boyunca rahatsız edilmeden kalabileceği çok sayıda kıvrım vardır. Dünya’daki smectite’in muhtemelen tektonik aktivitenin bir ürünü olduğunu ve yüzeye çıktıktan sonra kil minerallerinin atmosferden milyonlarca yıl boyunca gezegeni soğutmak için yeterli karbondioksiti çekip depolamak için hareket ettiğini gösterdiler.

Ekip sonuçlarını bildirdikten kısa bir süre sonra, Jagoutz Mars yüzeyinin haritasına baktı ve gezegenin yüzeyinin çoğunun aynı smektit killeriyle kaplı olduğunu fark etti. Killerin Mars’ta benzer bir karbon tutma etkisi olmuş olabilir miydi ve eğer öyleyse, kil ne kadar karbon tutabilirdi?

“Bu sürecin gerçekleştiğini biliyoruz ve Dünya’da iyi belgelenmiş durumda. Ve bu kayalar ve killer Mars’ta da mevcut,” diyor Jagoutz. “Bu yüzden noktaları birleştirmeye çalışmak istedik.”

‘Her köşe bucak’

Smektitin kıtasal levhaların kayması ve mantodan yüzeye kayaları getirmek için yükselmesinin bir sonucu olduğu Dünya’nın aksine, Mars’ta böyle bir tektonik aktivite yoktur. Ekip, bilim insanlarının gezegenin tarihi ve bileşimi hakkında bildiklerine dayanarak, kilin Mars’ta nasıl oluşabileceğini araştırdı.

Örneğin, Mars’ın yüzeyinin bazı uzaktan ölçümleri, gezegenin kabuğunun en azından bir kısmının, Dünya’da aşınma yoluyla smektit üretenlere benzer ultramafik magmatik kayaçlar içerdiğini öne sürüyor. Diğer gözlemler, suyun akıp alttaki kayayla reaksiyona girebileceği karasal nehirler ve kollara benzer jeolojik desenler ortaya koyuyor.

Jagoutz ve Murray, suyun Mars’ın derin ultramafik kayaçlarıyla, bugün yüzeyi kaplayan kilin oluşmasına yol açacak şekilde reaksiyona girmiş olabileceğini merak ettiler. Magmatik kayaçların Dünya’daki çevreleriyle nasıl etkileşime girdiğine dair bilinenlere dayanarak, basit bir kaya kimyası modeli geliştirdiler.

Bu modeli, bilim insanlarının kabuğun çoğunlukla olivin minerali açısından zengin magmatik kayadan oluştuğuna inandığı Mars’a uyguladılar. Ekip, suyun yüzeyde en az bir milyar yıldır var olduğunu ve atmosferin karbondioksitle dolu olduğunu varsayarak, olivin açısından zengin kayanın geçirebileceği değişiklikleri tahmin etmek için modeli kullandı.

“Mars tarihinin bu döneminde, CO2’nin₂ her yerde, her köşede ve bucakta ve kayaların arasından sızan su CO ile doludur₂ “Ben de öyleyim” diyor Murray.

Yaklaşık bir milyar yıl boyunca, kabuktan sızan su, indirgenmiş bir demir formu bakımından zengin bir mineral olan olivinle yavaşça reaksiyona girmiş olurdu. Sudaki oksijen molekülleri demire bağlanmış, bunun sonucunda hidrojen salmış ve gezegene ikonik rengini veren kırmızı oksitlenmiş demiri oluşturmuş olurdu.

Bu serbest hidrojen daha sonra sudaki karbondioksitle birleşerek metan oluşturmuş olurdu. Bu reaksiyon zamanla ilerledikçe, olivin yavaşça serpantin olarak bilinen başka bir demir açısından zengin kaya türüne dönüşmüş olurdu ve daha sonra suyla reaksiyona girerek smektit oluşturmaya devam ederdi.

“Bu smektit killerinin karbon depolama kapasitesi çok fazla,” diyor Murray. “Bu yüzden bu minerallerin Dünya’daki kilde nasıl depolandığına dair mevcut bilgiyi kullandık ve eğer Mars yüzeyinde bu kadar kil varsa, bu kilde ne kadar metan depolayabilirsiniz diye tahmin yürüttük.”

O ve Jagoutz, Mars’ın 1.100 metre derinliğinde bir smektit tabakasıyla kaplı olduğunu buldular. Bu miktardaki kil, gezegenin kurumasıyla birlikte atmosfere karıştığı düşünülen karbondioksitin çoğuna eşdeğer olan büyük miktarda metanı depolayabilir.

“Mars’taki küresel kil hacimlerine ilişkin tahminlerin, Mars’ın başlangıçtaki CO2’sinin önemli bir kısmıyla tutarlı olduğunu görüyoruz.₂Murray, “kil açısından zengin kabuk içerisinde organik bileşikler olarak hapsediliyor” diyor. “Bazı açılardan, Mars’ın eksik atmosferi açıkça görülebilir bir yerde saklanıyor olabilir.”

Bu hikaye MIT News’in izniyle yeniden yayınlanmıştır (web.mit.edu/newsoffice/), MIT araştırmaları, yenilikleri ve öğretimi hakkında haberleri kapsayan popüler bir site.