Uloga ugljikovog dioksida u oblikovanju atmosfere

Novo istraživanje časopisa Proceedings of the National Academy of Sciences  pokazuje da način na koji se ugljikov dioksid kreće unutar planeta do njegove površine igra veliku ulogu u evoluciji atmosfere planete. Da je Mars otpuštao toliko ugljika koliko je na primjer otpuštao metana onda bi on možda bio dovoljno topao da omogući postojanje vode.

Novo istraživanje o tome kako vulkanska magma bogata željezom upija ugljik te kako ga kasnije otpušta daje tragove o ranoj evoluciji atmosfere na Marsu i drugim zemljolikim tijelima.

Sastav atmosfere planeta ima korijene duboko ispod njegove površine. Kad se materijal iz plašta otapa tvoreći magmu, on sa sobom zarobi i ugljik koji je ispod površine. Kako se magma kreće prema površini planeta tako se tlak smanjuje, a ugljik se otpušta u obliku plina. Ugljik se u magmi nalazi u obliku karbonata, a otpušta se u obliku ugljikova dioksida, stakleničkog plina koji Zemljinoj atmosferi pomaže hvatati toplinu koja dolazi od Sunca. Međutim, kako se ugljik prenosi iz dubine zemlje do atmosfere kod drugih planeta i kako to utječe na efekt staklenika nije bilo jasno.

„Znamo da ugljik iz tvrdog plašta prelazi u tekuću magmu, a zatim se pretvara u plin i izlazi na površinu“, rekao je Alberto Saal, profesor geoznanosti na Sveučilištu Brown i jedan od autora istraživanja.

Zadnje je istraživanje na kojem su također sudjelovali i znanstvenici s Northwestern Sveučilišta i Carnegie Institution of Washington pokazalo da je u uvjetima, kao što su oni u plaštu Marsa, Mjeseca i sličnih tijela, ugljik u magmi zarobljen prvenstveno u obliku karbonila željeza i otpušten kao ugljikov monoksid i metan. Oba plina, a pogotovo metan, imaju staklenički potencijal.

Rezultati tog istraživanja, objavljeni u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences, ukazuju na to da je moguće da je u ranije doba Marsa, kad je vulkanska aktivnost bila pojačana, otpuštena dovoljna količina metana zbog koje je Mars tad bio znatno topliji nego danas.

Ključna razlika između uvjeta u Zemljinom plaštu i u plaštevima drugih zemljolikih planeta krije se u onome što znanstvenici nazivaju fugacitet kisika, količina slobodnog kisika dostatnog za reakciju s drugim elementima. Zemljin plašt danas ima relativno visok fugacitet kisika, no on je u tijelima poput Mjeseca i ranog Marsa vrlo nizak. Kako bi saznali zašto i kako niži fugacitet kisika utječe na prijenos ugljika, znanstvenici su napravili niz pokusa koristeći vulkanski bazalt sličan onome nađenom na Mjesecu i Marsu.

Rastalili su vulkanske stijene mijenjajući pritisak, temperaturu i fugacitet kisika te koristeći jaki spektrometar kako bi izmjerili koliko je ugljika apsorbirano prilikom taljenja i u kojem obliku. Otkrili su da je pri nižem fugacitetu kisika ugljik zarobljen u obliku karbonil željeza, a to je ono što ranija istraživanja nisu pokazala. Pri nižem je tlaku karbonil željeza otpušten kao ugljikov dioksid i metan.

„Otkrili smo da se u magmi pri niskom fugacitetu može rastopiti više ugljika nego što se to ranije mislilo“, izjavila je Diane Wetzel, apsolventica na Sveučilištu Brown i glavna autorica istraživanja. „To ima veliku ulogu u ispuštanju plinova i u tome kako će to kasnije utjecati na evoluciju atmosfere kod različitih planetarnih tijela.“

U svojoj ranijoj povijesti Mars je bio poprište jake vulkanske aktivnosti što ujedno znači i da su se oslobodile velike količine metana. Zbog stakleničkog potencijala metana, koji je puno veći od onog ugljikova dioksida, istraživanje ukazuje na to da je tad čak i tanka atmosfera Marsa mogla stvoriti dovoljno tople uvjete za nastanak površinskih voda.

Ostali autori članka su i Malcolm Rutherford sa Sveučilišta Brown, Steve Jacobson sa Sveučilišta Northwestern i Erik Hauri s Carnegie Institution. Istraživanje su potpomogli NASA, Američki fond da znanstvena istraživanja, Zaklada David i Lucile Packard i opservatorij Deep Carbon.

Iako je Zemljina atmosfera stara milijarde godina, njezin nastanak još uvijek intrigira znanstvenike koji dosad još uvijek nisu u stanju sa sigurnošću opisati njezinu evoluciju, a kamoli evoluciju atmosfera na drugim zemljolikim tijelima. Rezultati ovog istraživanja predstavljaju još jedan veliki pomak k boljem razumijevanju našeg planeta.

Izvor: Brown University