火星上的火山活动导致的缺氧大气:对过去环境和生命的影响


在火山活跃的火星上,硫的主要光化学和途径的示意图。表示火山。根据可能的岩浆化学(见文本),最重要的火山硫气体通常是SO2。大气氧化反应将SO2、H2S和S2转化为硫酸气溶胶,而还原大气中的光化学作用也会生成聚硫气溶胶(S8)。此外,二氧化硫直接沉积到表面,这是硫的另一个沉降点。H2O和CO2浓度被假设为大型地下和地表储层的缓冲。羰基硫化物(OCS)可以通过与含硫化合物和CO反应生成。

今天的火星没有活火山活动,它的大气被氧化,主要由二氧化碳和水的光化学作用。使用一维光化学模型,我们考虑是否可信的火山气体通量可以改变过去火星大气的氧化还原状态到还原条件。

在我们的模型中,火山气体的总量和比例取决于源熔体的含水量、出气压力和氧逸度。我们发现,在合理的熔体参数下,火星大气(大约3.5 Gyr到现在)很容易达到低氧和低氧的条件,火山活动程度适中,>0.14 km^3/yr,完全在先前的估计范围内。与我们的直觉相反,我们也发现,更多的还原融化与更低的氧逸度需要更多的火山活动,以转换古大气从氧化还原。

原因是硫在这种熔体中更稳定,含硫气体的绝对助熔剂比补偿了H2和CO的比例的增加。这些结果意味着古代火星应该经历过缺氧和减少气氛的时期即使通过每当火山的排出量受到足够的水平时,中间亚马逊人。减少缺氧条件可能有利于合成益生元有机化合物,例如氨基酸,因此与火星上生命的可能性有关。

此外,缺氧还原性条件应该影响了在地表形成或从大气中沉积的矿物类型,如元素多硫(S8),这是过去还原性大气的特征。最后,我们的模型允许我们估计火星历史上火山来源的大气硫酸盐沉积的数量,大约为10^6到10^9 Tmol,其分布取决于假设的排气速率历史和岩浆源条件。

Steven F. Sholes, Megan L. Smith, Mark W. Claire, Kevin J. Zahnle, David C. Catling

评语:图6张,表1张,附录3张
学科:地球和行星天体物理学(astrop - phep);大气和海洋物理(Physics .ao-ph);地球物理学(physics.geo-ph)
期刊参考:2017年,Icarus 290磅。46 - 62
DOI:10.1016 / J.ICarus.2017.02.022
引用as: arXiv:2103.13012EP] (or arXiv:2103.13012v1 [astro-ph.EP] for this version)
提交历史
来自:史蒂文•肖尔斯
[v1] Wed, 24 Mar 2021 06:44:08 UTC (124kb)
https://arxiv.org/abs/2103.13012
天体生物学

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