Es mag üblich sein, aber Kohlenstoff könnte einen großen Einfluss auf die Bildung und Entwicklung der Atmosphäre eines Planeten haben. Laut einer neuen Studie in Proceedings der National Academy of Sciences wäre der Mars, wenn er seinen Großteil der Kohlenstoffversorgung als Methan losgelassen hätte, wahrscheinlich gemäßigt genug gewesen, um die Bildung von flüssigem Wasser zu verursachen. Wie gefangener Kohlenstoff über eisenreiches Magma entweicht, liefert uns wichtige Hinweise auf die Rolle, die er in der „frühen atmosphärischen Evolution auf dem Mars und anderen Erdkörpern“ spielt.
Während die Atmosphäre eines Planeten seine äußere Schicht ist, hat er seine Anfänge weit unten. Während der Bildung eines Planeten haftet der Mantel - eine Schicht zwischen dem Kern eines Planeten und der oberen Kruste - am Kohlenstoff unter der Oberfläche, wenn er schmilzt und Magma erzeugt. Wenn das viskose Magma an die Oberfläche steigt, nimmt der Druck ab und der unverlierbare Kohlenstoff wird als Gas freigesetzt. Beispielsweise ist der in Gefangenschaft gehaltene Kohlenstoff der Erde als Carbonat in Magma eingekapselt und sein freigesetztes Gas ist Kohlendioxid. Wie wir wissen, ist Kohlendioxid ein „Treibhausgas“, das es unserem Planeten ermöglicht, Wärme von der Sonne zu absorbieren. Der Freisetzungsprozess für Kohlenstoff in Gefangenschaft auf anderen Planeten - und die nachfolgenden Treibhauseffekte - ist jedoch nicht genau bekannt.
"Wir wissen, dass Kohlenstoff vom festen Mantel zum flüssigen Magma, von flüssig zu gasförmig und dann nach außen geht", sagte Alberto Saal, Professor für Geowissenschaften bei Brown und einer der Autoren der Studie. "Wir wollen verstehen, wie sich die verschiedenen Kohlenstoffspezies, die unter den für den Planeten relevanten Bedingungen gebildet werden, auf den Transfer auswirken."
Dank der neuen Studie, an der auch Forscher der Northwestern University und der Carnegie Institution of Washington teilnahmen, können wir die Freisetzungsprozesse für andere Erdmäntel, wie sie auf dem Mond, dem Mars und ähnlichen Körpern zu finden sind, genauer untersuchen . Hier wird der in Gefangenschaft befindliche Kohlenstoff im Magma als Eisencarbonyl gebildet - entweicht dann als Methan und Kohlenmonoxid. Beide Gase haben wie Kohlendioxid ein großes Potenzial als Gewächshaus.
Das Team kam zusammen mit Malcolm Rutherford von Brown, Steven Jacobsen von Northwestern und Erik Hauri von der Carnegie Institution zu einigen bedeutenden Schlussfolgerungen über die frühe Vulkangeschichte des Mars. Wenn es der Theorie des gefangenen Kohlenstoffs gefolgt wäre, hätte es möglicherweise genug Methangas freigesetzt, um den Roten Planeten warm und gemütlich zu halten. Dies geschah jedoch nicht auf "erdähnliche" Weise. Hier unterstützt unser Kaminsims einen Zustand, der als „Sauerstoffflüchtigkeit“ bekannt ist - das Volumen an freiem Sauerstoff, das verfügbar ist, um mit anderen Elementen zu reagieren. Während wir eine hohe Rate haben, sind Körper wie der frühe Mars und der Mond im Vergleich schlecht.
Jetzt kommt der eigentliche wissenschaftliche Teil ins Spiel. Um herauszufinden, wie sich eine geringere Sauerstoff-Flüchtigkeit auf den „Kohlenstoff-Transfer“ auswirkt, experimentierten die Forscher mit vulkanischem Basalt, der eng mit dem auf dem Mars und dem Mond übereinstimmt. Durch verschiedene Drücke, Temperaturen und Sauerstoffflüchtigkeiten wurde das Vulkangestein geschmolzen und mit einem Spektrometer untersucht. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler feststellen, wie viel Kohlenstoff absorbiert wurde und in welcher Form er aufgenommen wurde. Ihre Erkenntnisse? Bei niedrigen Sauerstoff-Flüchtigkeiten nahm unverlierbarer Kohlenstoff die Form von Eisencarbonyl an, und bei niedrigem Druck wurde das Eisencarbonyl als Kohlenmonoxid und Methan freigesetzt.
"Wir haben festgestellt, dass man bei geringer Sauerstoffflüchtigkeit mehr Kohlenstoff im Magma auflösen kann als bisher angenommen", sagte Diane Wetzel, eine Brown-Doktorandin und Hauptautorin der Studie. "Das spielt eine große Rolle bei der Entgasung des Planeteninneren und wie sich dies dann auf die Entwicklung der Atmosphäre in verschiedenen Planetenkörpern auswirkt."
Wie wir wissen, hat der Mars eine Geschichte des Vulkanismus und Studien wie diese bedeuten, dass große Mengen Methan einmal durch Kohlenstoffübertragung freigesetzt worden sein müssen. Könnte dies einen Treibhauseffekt ausgelöst haben? Das ist durchaus möglich. Schließlich hat Methan in einer frühen Atmosphäre möglicherweise Bedingungen unterstützt, die warm genug sind, um die Bildung von flüssigem Wasser auf der Oberfläche zu ermöglichen.
Vielleicht sogar genug, um zu bündeln ...
Quelle der Originalgeschichte: Pressemitteilung der Brown University.
