Rudý Mars: Kam se poděl z atmosféry Marsu oxid uhličitý?

Mars je obklopen tenkou atmosférou tvořenou převážně oxidem uhličitým, která dnes neumožňuje (dlouhodobou) existenci kapalné vody na jeho povrchu – voda totiž začne okamžitě mrznout a sublimovat. Nicméně z geologických pozorování říčních koryt, jezerních sedimentů či delt je jasně patrné, že se kapalná voda musela na povrchu po určitý čas nacházet. Před miliardami let musel být tedy Mars teplejší a vlhčí, než je tomu dnes. Před desítkami let tak přišla skupina vědců s myšlenkou, že Mars měl kdysi mnohem hustější atmosféru s větším množstvím oxidu uhličitého. Tento závěr ale vyvolává palčivou otázku – kam se tento oxid uhličitý poděl?

.
.

Díky sondě MAVEN jsme se dozvěděli, že většina atmosféry Marsu byla odnesena silou slunečního větru do okolního kosmického prostoru. Sluneční vítr odnáší z atmosféry Marsu každým dnem tuny materiálu – převážně atomy lehkých prvků jako je například vodík – atmosféra se tak neustále ztenčuje. Nicméně i přes tento poznatek zůstávalo nejasné, co se vlastně s oxidem uhličitým stalo. Ze Země víme, že atmosférický uhlík se velice snadno váže do hornin a to konkrétně do karbonátů. Dalo se tedy očekávat, že pokud na Marsu byla dříve hustější atmosféra tvořena oxidem uhličitým, měli bychom i na povrchu Marsu karbonáty hojně objevovat – to se vědcům ale nepodařilo. Jakoby dříve oxidu uhličitého v atmosféře více nebylo – docela paradox. Nyní se ale zdá, že je po problému. Vědecký tým pod vedením Renyua Hu totiž vydal v renomovaném vědeckém časopise Nature Communication vědeckou studii, která nabízí vysvětlení toho, jak je možné, že na povrchu Marsu nenacházíme hojně karbonáty i přes to, že atmosféra Marsu musela dříve obsahovat hodně oxidu uhličitého.

Vraťme se ale ještě o kousek zpět a podívejme se, co se mohlo s oxidem uhličitým stát. V obecné rovině existují dvě možnosti, jak mohl Mars o atmosférický uhlík přijít – buď byl uhlík navázán do zmiňovaných karbonátů, anebo byl odnesen slunečním větrem z atmosféry pryč. V srpnu 2015 vyšla studie, která se snažila za pomoci dat z několika sond, zmapovat na Marsu rozšíření karbonátů. Závěrem bylo zjištění, že se nikde na Marsu nevyskytuje pod povrchem (do hloubky 1 kilometru) jejich dostatečně velké ložisko. Zdálo by se tedy, že hádanka byla vyřešena – uhlík musel odstranit z atmosféry sluneční vítr. Nicméně i tato druhá teorie má svá úskalí. Jak totiž ukázala měření sondy Curiosity, tomuto scénáři neodpovídá v atmosféře poměr těžkého uhlíku (C13) a lehkého uhlíku (C12). Množství uhlíku C13 je ve srovnání s množstvím uhlíku C12 zcela jinak, než by mělo být. Těžkého uhlíku C13 je příliš mnoho. Sice je známo, že lehčí uhlík C12 by měl být slunečním větrem odnášen přednostně, a proto by ho mělo zůstávat v atmosféře méně než těžšího uhlík C13. Nicméně tento proces by neměl být nikterak významný. Poměr těchto dvou uhlíků by tak měl být vlastně docela podobný. Jenže měření ukazují rozdílný obrázek. V atmosféře Marsu nalezneme převážně těžší uhlík C13. Jak tenhle rozpor teorie a pozorování vysvětlit?

Odpověď na tuto otázku nabízí právě tým okolo Hu. Ten totiž popsal mechanismus, který může významně v atmosféře navýšit zastoupení těžšího uhlíku C13. Tento mechanismus je spojen s ultrafialovým (UV) zářením, které dopadá ze Slunce na Mars. Dopadající UV záření je schopno rozštěpit v horních vrstvách atmosféry Marsu molekulu oxidu uhličitého na oxid uhelnatý a kyslík. Tím to ale nekončí. Molekula oxidu uhelnatého může být totiž opět zasažena dalším UV zářením a dále rozštěpena na molekulární uhlík a kyslík. Některé ze vzniklých atomů uhlíku pak mají dostatek energie k uniknutí z atmosféry Marsu. A které to jsou? Studie ukazuje, že častěji unikají atomy lehčího uhlíku C12, takže postupně dochází k obohacení atmosféry o těžší uhlík C13. Důležité na tomto procesu je to, že pro vědce po sobě zanechává poměrně dobře čitelnou stopu. Na základě poměru těžkého a lehkého uhlíku se pak dá poměrně přesně zjistit, kolik oxidu uhličitého muselo být v atmosféře v její minulosti – tedy jinými slovy, dá se určit, jaká musela být hustota atmosféry. A právě vyřešením této zpětné úlohy se tak vědci dostali k odhadu, že dřívější atmosféra musela mít skoro stejnou hustotu, jako má dnešní atmosféra Země.

Zdá se tedy, že se vědcům povedlo vyřešit dlouholetý paradox a ještě nám poskytnout pohled do historie Marsu. Představa, že hustá atmosféra bohatá na oxid uhličitý po sobě musela zanechat významná ložiska karbonátů, se tak nyní zdá nesprávná. Většina atmosférického oxidu uhličitého totiž byla zničena dopadajícím ultrafialovým zářením, nikoliv uložena na povrchu planety, o čemž svědčí zastoupení těžkého a lehkého uhlíku v ní.

Originál článku i s dalšími fotografiemi, videem a odkazy!

 

rudymarspřevzato z webu RudýMars.cz
Petr Brož, 26.11.2015
(licence Creative Commons BY-SA 3.0)