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火星大氣層去哪兒了
火星地表并非一直是寒冷荒漠。越來(lái)越多的證據(jù)表明,數(shù)十億年前,這顆紅色星球的表面曾流淌著水。如果有水,那必定也有一層厚厚的大氣層來(lái)防止水結(jié)冰。但大約在35億年前,水干涸了,曾經(jīng)富含二氧化碳的空氣急劇變薄,只留下一絲稀薄的大氣層包裹著這顆星球。
那么,火星的大氣層究竟去了哪里?這個(gè)問(wèn)題是火星46億年歷史中的一個(gè)核心謎團(tuán)。
對(duì)于美國(guó)麻省理工學(xué)院的兩位地質(zhì)學(xué)家而言,答案或許就藏在火星的黏土之中。他們?cè)谧钚乱黄凇犊茖W(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表的一篇論文中提出,火星上大量消失的大氣層可能被鎖在了火星的黏土覆蓋層中。
他們重點(diǎn)研究了一種名為蒙脫石的黏土礦物,這種礦物可以吸收大量的碳。在地球上,蒙脫石是由大陸板塊運(yùn)動(dòng)形成的。這種構(gòu)造活動(dòng)將蒙脫石抬升到地球表面。當(dāng)這種褶皺的黏土礦物暴露在地表時(shí),它會(huì)吸收二氧化碳,將這種溫室氣體從大氣中去除,并幫助地球在數(shù)百萬(wàn)年內(nèi)降溫。
科學(xué)家注意到,火星上也含有豐富的蒙脫石黏土。這促使他們提出一個(gè)重要問(wèn)題:這顆紅色星球缺乏板塊構(gòu)造活動(dòng),這種褶皺的黏土礦物是如何形成的?
為了回答這個(gè)問(wèn)題,他們轉(zhuǎn)而研究地球的地質(zhì)歷史。其中一個(gè)線索是,在火星地殼中遠(yuǎn)程探測(cè)到一種硅含量較低的火成巖,被稱為“超鎂鐵質(zhì)巖”。在地球上,這種火成巖在被水腐蝕或風(fēng)化時(shí)會(huì)形成蒙脫石。在火星上,有證據(jù)表明,那里曾有古老的河流,水可能在那里流動(dòng)并與底層巖石發(fā)生反應(yīng)。
隨后,科學(xué)家利用地球上水與火成巖相互作用的知識(shí),創(chuàng)建了一個(gè)適用于火星的模型。利用這一模型,他們發(fā)現(xiàn),在十億年的時(shí)間里,水可能已經(jīng)滲透過(guò)地殼,與一種富含火成巖的鎂鐵硅酸鹽礦物——橄欖石發(fā)生了反應(yīng)。這種礦物富含鐵,水中的氧會(huì)在此過(guò)程中與鐵結(jié)合,釋放出氫氣。這種氧化鐵可能有助于火星呈現(xiàn)獨(dú)特的紅色。
接下來(lái),釋放出的氫氣可能與水中的二氧化碳結(jié)合形成甲烷(一種可以在火星黏土表面儲(chǔ)存數(shù)十億年的碳形態(tài))。這種反應(yīng)慢慢地將橄欖石轉(zhuǎn)化為另一種富含鐵的巖石——蛇紋石。隨著蛇紋石繼續(xù)與水發(fā)生反應(yīng),最終可能形成蒙脫石。
蒙脫石黏土具有強(qiáng)大的碳儲(chǔ)存能力。目前,這些甲烷可能仍然存在,甚至未來(lái)可能成為火星上的能源。考慮到火星表面估計(jì)覆蓋的黏土量,火星黏土可以儲(chǔ)存相當(dāng)于火星最初早期大氣層中約80%的二氧化碳。
科學(xué)家提出,這些被封存的火星碳或許有一天能被回收并轉(zhuǎn)化為推進(jìn)劑,為火星與地球之間的未來(lái)任務(wù)提供動(dòng)力。
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