четверг, 20 июня 2013 г.

Тайная история Солнечной системы. Часть 10. Кислород в атмосфере древнего Марса


    Марс был богат кислородом 4 миллиарда лет назад, выяснили ученые

    «Атмосфера и недра Марса содержали в древности достаточно большую долю кислорода. Такой вывод делают ученые на основе данных, собранных марсоходом "Spirit" в кратере Гусева, расположенного в южном полушарии Красной планеты.

Цветной снимок Марса, сделанный марсоходом «Curiosity». (Фото NASA)
    Планетологи выяснили, что 4 миллиарда лет назад атмосфера Марса содержала в себе большое количество кислорода, сопоставимое с его долей на юной Земле, проанализировав химический состав крайне древних пород в кратере Гусева на Красной планете, и опубликовали свои выводы в статье в журнале "Nature".
    "Породы в кратере содержали в себе больше кислорода, чем частицы метеоритов, несмотря на их одинаковое происхождение. Это удивило нас, так как метеориты "молоды" - им всего 180-1400 миллионов лет, а породы в кратере Гусева, которые изучил "Spirit", сформировались 3,7 миллиарда лет назад. По всей видимости, минералы в нижних слоях литосферы Марса хранят в себе кислород, впитавшийся в них тогда, когда они контактировали с атмосферой юной Красной планеты", - заявил Бернар Вуд (Bernard Wood) из Оксфордского университета (Великобритания).
    Вуд и его коллеги обнаружили, что атмосфера и недра Марса содержали в древности достаточно большую долю кислорода, изучив данные, собранные марсоходом "Spirit" в кратере Гусева, расположенного в южном полушарии Красной планеты, неподалеку от экватора. Ученых интересовали доли серы и оксидов металлов в его породах, которые могут подсказать, как выглядел Марс в далеком прошлом.
    Оказалось, что базальтовые породы внутри кратера Гусева содержали в себе относительно много атомов окисленной серы, что говорит о присутствии больших концентраций кислорода на планете в то время, когда они формировались. По словам ученых, его доля была сопоставима с аналогичными значениями для земных базальтов.
    "Это означает, что Марс обладал кислородной атмосферой примерно 4 миллиарда лет назад, задолго до обогащения воздушной оболочки нашей планеты кислородом, что произошло примерно 2,5 миллиарда лет назад. Мы можем теперь говорить о том, что Марс был теплой, влажной и одновременно "кислородной" планетой за миллиарды лет до того, как атмосфера Земли была наполнена его молекулами", - заключает Вуд». (20.06.2013, 01:55). http://ria.ru/science/20130620/944501437.html

    Четыре миллиарда лет назад у Марса была кислородная атмосфера

    «Учёные из Оксфордского университета (Oxford University) исследовали состав марсианских метеоритов, упавших на поверхность нашей планеты. Результаты анализов затем сопоставили с данными, полученными марсоходом "Спирит" (Spirit), который потерял связь с Землёй в 2010 году, но успел собрать образцы марсианского грунта из кратера Гусева.
    Выяснилось, что минералы на поверхности Красной планеты содержат в пять раз больше никеля, чем метеориты. Это открытие заставило планетологов задуматься, действительно ли марсианские метеориты являются типичным продуктом вулканической активности планеты. 

К тому времени, когда Земля обзавелась насыщенной кислородом атмосферой, Марс уже успел побывать в роли пригодной для жизни планеты (иллюстрация NASA)
    "Несмотря на то, что и те, и другие породы, очевидно, имеют одно и то же происхождение, состав их несколько отличается. Минералы, данные о которых нам предоставил "Спирит", были сформированы в насыщенной кислородом атмосфере. Они оказались на поверхности вследствие геологической активности планеты, в нижний слоях которой наверняка содержится намного больше камней, сформированных, когда у Марса ещё была кислородная атмосфера", — рассказывает ведущий автор исследования Бернард Вуд (Bernard Wood), профессор Факультета планетологии Оксфордского университета.
    У исследуемых образцов марсианских пород также имеется разница в возрасте. "Метеориты с геологической точки зрения достаточно молоды. Их возраст составляет от 180 миллионов до 1,4 миллиарда лет. А минералы, которые изучал "Спирит" намного старше, им более 3,7 миллиарда лет", - говорит Вуд.
    Существует большая вероятность того, что геологический состав пород Красной планеты варьируется в зависимости от региона. Причиной тому, скорее всего, является субдукция — процесс перемещения минералов в более глубокие слои литосферы вследствие движений тектонических плит.
    Планетологи высказали предположение, основанное на проведённом ими исследовании, что марсианская атмосфера была насыщена кислородом на ранних этапах существования планеты. Богатые кислородом минералы вследствие субдукции сначала переместились вглубь литосферы, а затем вновь были выброшены на поверхность четыре миллиарда лет назад.

Процесс субдукции на примере Земли (иллюстрация DjAreku/Wikimedia Commons).
    У метеоритов другая судьба: они намного моложе поверхностных минералов и образовались в глубине Красной планеты, потому геологические и климатические условия не оказали на их состав какого-то особого влияния.
    "Мы считаем, что четыре миллиарда лет назад на Марсе успела образоваться кислородная атмосфера. Это произошло намного раньше, чем Земля обзавелась газовой оболочкой, возраст которой всего 2,5 миллиарда лет. Так как характерный красный цвет Марс приобрёл вследствие окисления пород на его поверхности, мы полагаем, что он был тёплой и влажной планетой с насыщенной кислородом атмосферой, задолго до того как Земля стала относительно похожей на ту планету, на которой мы живём сегодня", — заключает Вуд.
    Подробно с результатами исследования планетологов можно ознакомиться в журнале "Nature", где была опубликована статья Вуда и его коллег». (20.06.2013, 13:46). http://www.vesti.ru/doc.html?id=1096702&cid=2161

    Early Mars atmosphere 'oxygen-rich' before Earth's

The study dealt with differences between rocks from Gusev Crater on Mars (above) and meteorites
    «Mars' atmosphere could have been rich in oxygen four billion years ago - well before Earth's air became augmented with the gas.
    That is the suggestion put forward by the author of a study in Nature journal, which outlines an explanation for differences between Mars meteorites and rocks examined by a robot rover.
    Dr Bernard Wood said the idea fits with the picture of a planet that was once warm, wet and habitable.
    But other scientists were sceptical.
    While the rise of atmospheric oxygen on Earth was probably mediated by life, Martian oxygen could have been produced through the chemical "splitting" of water.
    Prof Wood and his colleagues from Oxford University looked at the chemical composition of Martian meteorites found on Earth and data from Nasa's Spirit rover, which examined surface rocks at Gusev Crater on Mars.
    Both are igneous rocks (of volcanic origin), but they show major geochemical differences. For example, the Gusev Crater rocks are five times richer in nickel than the meteorites.
    This had posed something of a puzzle, casting doubt on whether the meteorites were typical volcanic products of the Red Planet.

    Young and old

    "What we have shown is that both meteorites and surface volcanic rocks are consistent with similar origins in the deep interior of Mars, but that the surface rocks come from a more oxygen-rich environment, probably caused by recycling of oxygen-rich materials into the interior," Prof Wood explained.
    "This result is surprising because while the meteorites are geologically 'young', around 180 million to 1.4 billion years old, the Spirit rover was analyzing a very old part of Mars, more than 3.7 billion years old."
    Whilst the researchers conceded that large regional variations in the geological composition of Mars could not be ruled out, they argue in their paper that these differences arose via subduction - in which rocks are recycled in the planet's interior.
    Dr Wood, James Tuff and Jon Wade from Oxford propose that the Martian surface became "oxidised" early in its history, and that these surface rocks were drawn into the shallow interior and recycled back to the surface during volcanic eruptions around four billion years ago.
    The meteorites, by contrast, are much younger volcanic rocks that emerged from deeper within Mars and so were less influenced by this process.
    Although material can become oxidised in the presence of free oxygen gas - it is not essential for oxidation reactions to occur.
    But Dr Francis McCubbin, from the University of New Mexico, who was not involved with the Nature study, told BBC News: "I did not reach the conclusion that their results imply an early oxygen-rich atmosphere on Mars, only that the upper mantle was more oxidised than the deep interior, which does not actually require any oxygen gas to accomplish."
    "I agree with the overarching conclusions of this work that there are substantial redox gradients with depth on Mars, and this could be potentially very important for Mars' habitability because some organisms can take advantage of redox (reduction-oxidation) reactions and use them as an energy/food source.
    He added: "Although not implicitly stated, the early oxidized magmatism would also favour the production of water, another ingredient that is key to habitability."
    On alternative possibilities to atmospheric oxygen, Prof Wood told BBC News: "One is that Mars was an initially oxidised planet - that's pretty unlikely. There aren't any meteorites or other bodies in the Solar System that show this high state of oxidation.
    "You don't need a lot of oxygen to cause this - you don't need to be at 20% concentration. It would depend on temperature and how much water was around. But you need free oxygen to do it.
    "And the process didn't take place to any great extent on Earth at that time - which is interesting."
    Prof Wood explained that, as oxidation was what gave Mars its distinctive colour, it is likely that the planet was "warm, wet and rusty" billions of years before Earth's atmosphere became oxygen-rich.
    He added: "The principal way we would expect to get oxygen is through photolysis of water - water vapour in Mars' atmosphere interacting with radiation from the Sun breaks down to form hydrogen and oxygen.
    "Most of that hydrogen and oxygen recombines back to water. But a small fraction of the hydrogen is energetic enough to escape from the planet. A small amount of hydrogen is lost leaving an oxygen excess.
    "But the gravity on Mars is one third of that on Earth, so hydrogen would be lost more easily. So the oxygen build-up could be enhanced on Mars relative to Earth."

    Continue reading the main story
    Oxidation and reduction

    Redox (reduction-oxidation) reactions involve the transfer of electrons between molecules, atoms, or ions
    Oxidation involves losing electrons (an increase in the oxidation state)

    Reduction involves gaining electrons (a decrease in the oxidation state)». (19 June 2013). http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-22961729

    Дополнение 24 января 2014 года

    «Opportunity» подтвердил пригодность вод Марса для жизни

    «На кромке марсианского кратера Индевора марсоход «Opportunity» нашел отложения глины, которая, судя по высоким долям железа и алюминия, формировалась на дне водоема с относительно низкой кислотностью или даже нейтральным pH, что должно благоприятствовать зарождению жизни. 

© Фото: Science / AAAS
    Марсоход «Opportunity» обнаружил в кратере Индевор на экваторе Марса следы воды, чей химический состав и температура были благоприятными для зарождения и поддержания жизни примерно 3,7 миллиарда лет назад, в первые эпохи жизни Красной планеты, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
    Марсоход «Curiosity» в марте прошлого года получил доказательства того, что Марс в древности был пригоден для жизни - так, его воды были почти что пресными и нейтральными. В июне НАСА объявило о получении аналогичных результатов при помощи инструментов одного из предыдущих марсоходов, «Opportunity», однако подготовка статьи к публикации заняла несколько месяцев. 
    В этой статье Раймон Арвидсон из университета Вашингтона в Сент-Луисе (США) и его коллеги выяснили, что кратер Индевор «затоплялся» водой не один, а два раза, и что химический состав, температура и другие свойства этих вод заметно отличались. Так, верхний слой залежей глин в этом кратере полностью соответствовал прежним представлениям о химии воды на Марсе - они образовались в крайне кислой и насыщенной минералами воде, не пригодной для зарождения жизни.
    Когда марсоход «заглянул» глубже, то ему удалось найти на кромке Индевора, на холме Матиевича, отложения более древней глины, чей химический состав был радикально иным. Судя по высоким долям железа и алюминия, эти породы формировались на дне водоема с относительно низкой кислотностью или даже нейтральным pH, что должно благоприятствовать зарождению жизни.
    По расчетам авторов статьи, эти породы сформировались еще до того, как возник сам кратер Индевор, и были погребены под слоем пород, выброшенных при столкновении астероида с поверхностью Марса. Новый слой глины и обломки скрыли большую часть залежей древних отложений, что заставляло нас долгое время считать, опираясь на спутниковые данные, что воды Марса не были пригодны к жизни, заключают авторы статьи». («РИА Новости», 23.01.2014, 23:18).

    [Последние изменения внесены 11 сентября 2015 года

    «Тайная история Солнечной системы». Часть 11. «Визит нейтронной звезды». http://artefact-2007.blogspot.ru/2013/11/11.html .

    На эту тему:
    «1-я Книга Федора. Файл 5-В». (19 июля 2013 года).

2 комментария:

  1. "На Марсе пренойская эра 4 млрд лет назад плавно перетекла в нойскую. Этот период времени в истории древнего Марса характерен глобальной вулканической активностью - именно тогда начали формироваться первые вулканы Фарсиды - и выбросами в атмосферу и на поверхность планеты огромного количества различных химических соединений - продуктов для кухни жизни. В плане вулканизма Земля не отставала - нойская эра соответствует земному эоархею – но главное, что к концу этого времени относятся самые древние земные строматолиты - ископаемые продукты деятельности цианобактериальных сообществ. Учитывая близость Земли и Марса, совершенно неважно, является ли возникновение жизни закономерностью или случайностью - обе планеты с большой вероятностью обменивались биологическим материалом при ударах астероидов.

    3.5 млрд лет назад на Марсе наступило самое интересное - гесперийская эра. В гесперийскую эру Марс имел постоянную гидросферу. Северную равнину планеты в ту эру занимал солёный океан объёмом до 15—17 млн км³ и глубиной 0,7—1 км (для сравнения, Северный Ледовитый океан Земли имеет объём 18,07 млн км³). В отдельные промежутки времени этот океан распадался на два. Один океан, округлый, заполнял бассейн ударного происхождения в районе Утопии, другой, неправильной формы, - район Северного полюса Марса. В умеренных и низких широтах было много озер и рек, на Южном плато - ледники. Марс обладал очень плотной атмосферой, аналогичной той, которая в то время была у Земли, при температуре у поверхности доходившей до 50 °C и давлении свыше 1 атмосферы. Три метеорита марсианского происхождения - ALH 84001, Накла и Шерготти - в которых были обнаружены образования, схожие с окаменелыми останками микроорганизмов, были выброшены с поверхности Марса как раз в гесперийскую эру.

    2.5 миллиарда лет назад на Земле начался протерозой и земные фотосинтезирующие организмы начали поговаривать о том, что пора бы уже устроить этим анаэробам кислородную катастрофу. А вот на Марсе настала амазонийская эра. Климат стал катастрофически быстро меняться. Происходили мощнейшие, но постепенно затухающие глобальные тектонические и вулканические процессы, в ходе которых возникли крупнейшие в Солнечной системе марсианские вулканы, в частности Олимп, несколько раз сильно изменялись характеристики самой гидросферы и атмосферы, появлялся и исчезал Северный океан. Катастрофические наводнения, связанные с таянием криосферы, привели к образованию грандиозных каньонов: в долину Ареса с южных нагорий Марса стекал поток полноводнее Амазонки; расход воды в долине Касей превышал 1 млрд м³/с. Однако со временем вода стала исчезать - частью испаряться, частью замерзать.

    Виной всему малая масса планеты - энергия для тектонической активности к тому времени иссякла, последним ее проявлением, по видимому, была долина Маринера. Однако вулканическая активность какое-то время еще продолжалась за счет радиоактивного разогрева недр – собственно, поэтому марсианские вулканы такие большие: движение плит отсутствовало и извержения многократно повторялись на одном и том же месте. Магнитное поле исчезло и атмосфера, плохо удерживаемая слабой гравитацией и не пополняемая извержениями, начала рассеиваться. А по мере рассеивания атмосферы слабел парниковый эффект..." ("Планета Марс: короткая жизнь". Октябрь, 14, 2013, 11:36) http://artefact-2007.livejournal.com/36341.html

    ОтветитьУдалить
  2. Так что же случилось с атмосферой Марса?

    "Учёные продолжают думать над проблемой того, как Марс умудрился превратиться из планеты с большими количествами воды на поверхности в засушливый мир, который мы можем наблюдать сейчас...

    «Самые большие залежи карбонатов на Марсе содержат в себе вдвое больше углерода, чем есть в настоящее время в существующей атмосфере Марса. Но даже если мы сейчас объединим вместе в залежи углеродов, их концентрации будет недостаточно, чтобы захватить в себя такое количество углерода, которое потеряла марсианская атмосфера со времён, когда на поверхности текли реки», - Бетани Элманн из Калифорнийского технологического института.

    В настоящее время углекислый газ составляет большую часть марсианской атмосферы. Именно этот газ может быть выделен из общей атмосферы и изолирован в грунте посредством химических реакций. Таким образом формируются минералы под названием «карбонаты»... За несколько лет до самых успешных марсианских миссий, учёные всё ещё считали, что могут обнаружить на поверхности планеты крупные обнажения и залежи карбонатов, которые должны содержать в себе часть углерода из первородной атмосферы Марса. Вместо этого... было обнаружено, что концентрации карбонатов широко рассеяны по всей планете в малых концентрациях, и только несколько крупных отложений выявлено...

    Авторы исследований, Кристофер Эдвардс и Бетани Элманн, сообщили о своих исследованиях в журнале "Geology". Эту работу они проводили на примере обнажения карбонатов под названием Nili Fossae. В изучении этой области была собрана информация от различных исследовательских станций...

    В работе Эдвардс и Элман сравнивают количество изолированного в минералах углерода с тем количеством, которое было необходимо, чтобы сформировать раннюю атмосферу Марса, достаточно плотную для того, чтобы могли существовать поверхностные воды. И непросто существовать, но и оставить свои следы, создавая обширные сети и долины. По их оценкам, для этого потребовалось бы наличие не менее 35 депозитов размеров Nili Fossae. Учёные утверждают, что такого количества карбонатов нет на поверхности Марса, а приборы аппаратов сейчас настолько совершенны, что не могли пропустить такие большие обнажения. Даже если принимать во внимание, что под поверхностью планеты также существуют карбонаты, то их концентрации всё равно недостаточно, чтобы объяснить всех особенностей ранней атмосферы...

    Если когда-то атмосфера Марса была намного более толстая, что же с ней произошло, и где та часть атмосферы, которая не заключена внутри минералов карбонатов? Одно из возможных объяснений говорит нам о том, что Марс в действительности имел намного более плотную атмосферу во время периода рек, а затем потерял большую её часть из-за уноса в космос верхних слоёв, а не захватом в виде полезных ископаемых.

    «Возможно, атмосфера Марса не была настолько уж плотной во время формирования каналов на нём. Сам Марс мог быть ещё влажным и тёплым, а вот его атмосфера могла быть уже холодной и также влажной. Но насколько тёплой должна быть поверхность, чтобы на неё образовались русла рек? На самом деле не очень большой. В большинстве случаев было бы достаточно даже осадков в виде снега и льда, вместо дождя. Главное здесь — преодолеть точку замерзания, чтобы заставить воду таять и течь, это не требует каких-то экстраординарных характеристик атмосферы», - заключает Эдвардс.

    Марсоход "Curiosity" также занимается проблемами уноса марсианской атмосферы. Его анализ основывается на современном отношении более тяжёлого углерода к более лёгкому. Было доказано, что верхние слои атмосферы действительно испарялись, но главная неопределённость заключается в том, что сейчас невозможно сказать точно, когда это произошло: до образования каналов и долин или намного раньше..." (03 сентября 2015). http://www.theuniversetimes.ru/tak-chto-zhe-sluchilos-s-atmosferoj-marsa.html

    По информации NASA: "What Happened to Early Mars' Atmosphere? New Study Eliminates One Theory". (September 2, 2015). http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2015-288

    ОтветитьУдалить