Het is misschien normaal, maar koolstof kan een enorme impact hebben op de vorming en evolutie van de atmosfeer van een planeet. Volgens een nieuwe studie in Proceedings of the National Academy of Sciences, als Mars het grootste deel van de koolstofvoorraad als methaan had losgelaten, zou het waarschijnlijk gematigd genoeg zijn geweest om vloeibaar water te vormen. Hoe koolstof in gevangenschap ontsnapt via ijzerrijk magma, biedt ons essentiële aanwijzingen over de rol die het speelt in 'vroege atmosferische evolutie op Mars en andere terrestrische lichamen'.
Hoewel de atmosfeer van een planeet de buitenste laag is, begint deze ver beneden. Tijdens de vorming van een planeet grijpt de mantel - een laag tussen de kern van een planeet en de bovenste korst - vast aan koolstof onder de oppervlakte wanneer deze smelt om magma te creëren. Wanneer het stroperige magma naar het oppervlak stijgt, neemt de druk af en komt de gevangen koolstof vrij als gas. Als voorbeeld, de koolstof in gevangenschap van de aarde is ingekapseld in magma als carbonaat en het vrijgekomen gas is kooldioxide. Zoals we weten, is koolstofdioxide een "broeikasgas" dat onze planeet in staat stelt warmte van de zon op te nemen. Het vrijgaveproces voor koolstof in gevangenschap op andere planeten - en de daaropvolgende broeikaseffecten - wordt echter niet goed begrepen ...
"We weten dat koolstof van de vaste mantel naar het vloeibare magma gaat, van vloeistof naar gas en dan naar buiten", zegt Alberto Saal, professor geologische wetenschappen aan Brown en een van de auteurs van de studie. "We willen begrijpen hoe de verschillende koolstofsoorten die worden gevormd in de omstandigheden die relevant zijn voor de planeet de overdracht beïnvloeden."
Dankzij de nieuwe studie, die ook onderzoekers van Northwestern University en de Carnegie Institution of Washington omvatte, kunnen we de vrijgaveprocessen van andere terrestrische mantels, zoals die op de maan, Mars en soortgelijke lichamen, nader bekijken. . Hier wordt de gevangen koolstof in het magma gevormd als ijzercarbonyl - en ontsnapt dan als methaan en koolmonoxide. Net als koolstofdioxide hebben beide gassen een enorm potentieel als broeikas.
Het team kwam, samen met Malcolm Rutherford uit Brown, Steven Jacobsen uit Northwestern en Erik Hauri uit de Carnegie Institution, tot enkele belangrijke conclusies over de vroege vulkanische geschiedenis van Mars. Als het de captive carbon-theorie zou volgen, zou het heel goed genoeg methaangas hebben vrijgegeven om de Red Planet warm en gezellig te houden. Het gebeurde echter niet op een 'aardachtige' manier. Hier ondersteunt onze schoorsteenmantel een aandoening die bekend staat als "zuurstofvervuiling" - het volume aan vrije zuurstof dat beschikbaar is om met andere elementen te reageren. Hoewel we een hoog tempo hebben, zijn lichamen zoals vroege Mars en de maan in vergelijking arm.
Nu komt het echte wetenschappelijke deel in het spel. Om te ontdekken hoe een lagere zuurstoffugiliteit de "koolstofoverdracht" beïnvloedt, experimenteerden de onderzoekers met vulkanisch basalt dat nauw aansluit bij die op zowel Mars als de Maan. Door verschillende drukken, temperaturen en zuurstofdruk werd het vulkanische gesteente gesmolten en bestudeerd met een spectrometer. Hierdoor konden de wetenschappers bepalen hoeveel koolstof werd geabsorbeerd en welke vorm het aannam. Hun bevindingen? Bij lage zuurstofgehaltes nam koolstof in gevangenschap de vorm van ijzercarbonyl aan en bij lage druk kwam het ijzercarbonyl vrij als koolmonoxide en methaan.
"We ontdekten dat je in het magma meer koolstof kunt oplossen bij een laag zuurstofgehalte dan eerder werd gedacht", zegt Diane Wetzel, een afgestudeerde Brown en de hoofdauteur van de studie. "Dat speelt een grote rol bij het ontgassen van planetaire interieurs en hoe dat dan de evolutie van atmosferen in verschillende planetaire lichamen zal beïnvloeden."
Zoals we weten, heeft Mars een geschiedenis van vulkanisme en studies zoals deze betekenen dat grote hoeveelheden methaan ooit moeten zijn vrijgekomen via koolstofoverdracht. Zou dit een broeikaseffect hebben veroorzaakt? Het is heel goed mogelijk. Methaan in een vroege atmosfeer kan immers zeer goed ondersteunde omstandigheden hebben die warm genoeg zijn om vloeibaar water op het oppervlak te hebben gevormd.
Misschien zelfs genoeg om te poolen ...
Oorspronkelijke verhaalbron: Brown University News Release.
