Kao i Zemlja, Mars je nastao pre oko 4,5 milijardi godina, ali je njegova rana površina bila veoma drugačija od današnje. Površina Marsa je tada imala visoke stope udara meteorita i asteroida iz perioda poznatog kao kasno teško bombardovanje. Ali dok je današnji Mars hladan, suv, ima dva ledena pola, sa oksidirajućom atmosferom – gde, na primer, materijali bogati gvožđem razvijaju rđu – rani Mars su karakterisali ledena gorja, periodična toplina i redukovana atmosfera.
Uzrok klimatske tranzicije je nejasan. Sada istraživački tim iz Kine pronalazi dokaze da je atmosferska oksidacija dovela do toga da je Mars bio hladan i bipolaran u svojoj ranoj istoriji. Njihov rad je objavljen u Nature Communications.
Noachian je rani vremenski period na Marsu sa visokim stopama udara asteroida i verovatno prisustvom obilja površinske vode. Tačan interval je neizvestan, ali Noakova era je verovatno pre između 4,1 i 3,7 milijardi godina. Usledila je Hesperijska era, pre 3,7 do 3,0 milijardi godina.
Dokazi koji se pojavljuju poslednjih godina sugerišu da je rani Mars imao dominantnu atmosferu ugljen-dioksida (CO 2 ) sa redukcijskim gasovima poput vodonika. U redukcionoj atmosferi, oksidacija je sprečena odsustvom kiseonika i drugih oksidacionih gasova, a redukcioni gas kao što su vodonik, ugljen monoksid i metan će lako pokupiti kiseonik i, u slučaju vodonika, pretvoriti se u fazu vode. .
Smanjena atmosfera može stvoriti snažan efekat staklene bašte, koji je možda odigrao značajnu ulogu u zagrevanju ranog Marsa. Kako je intenzitet zagrevanja staklene bašte usko vezan za prisustvo redukujućih gasova, oksidacija atmosfere bi tada rezultirala hlađenjem koje se vidi danas. (Efekat staklene bašte na Marsu je danas samo oko 8°C, u poređenju sa oko 33°C na Zemlji.)
Gama spektrometar Mars Odissei je merni instrument koji se nalazi na svemirskoj letelici Mars Odissei iz 2001. godine, koja orbitira oko Marsa od 2001. godine, vraćajući podatke o geologiji gornjih 30 cm površine Marsa, kao što je lokacija vode i identifikacija elemenata.
Ranija istraživanja su otkrila da su površinske količine gvožđa na terenu za koje je identifikovano da pripadaju Noakovom dobu bile relativno niske u poređenju sa terenima iz hesperijske ere (pre 3,7 do 3,0 milijarde godina) i amazonske ere (3,0 milijarde godina do danas), kao i globalna površinska prosečna količina gvožđa.
Zašto je količina gvožđa na ranom Marsu bila niska u poređenju sa poslednje 3 milijarde godina? Evolucija kore planete to ne objašnjava. Možda je uzrokovano tečnom vodom na ranom Marsu, koja je mogla da nosi nešto gvožđa ispod spektrometarskog opsega dubine od 30 cm, pošto na pokretljivost gvožđa utiču temperatura, kiselost, hemija vode i redoks stanje, što je oksidaciono stanje elementa koji određuje njegovo hemijsko ponašanje. Ovo bi moglo da odredi distribuciju obilja gvožđa na površini Marsa, posebno ako je atmosfera imala ulogu.
Sa svojim kolegama, Jiacheng Liu sa Univerziteta u Hong Kongu ispitao je distribuciju površinskog gvožđa na drevnom Marsu u prostoru i vremenu, koristeći rezultate spektrometra Mars Odissei. Otkrili su da se obilje gvožđa smanjivalo sa nadmorskom visinom na ranom Marsu, tokom starije Noakove ere, ali se smanjivalo sa geografskom širinom u novijim noakovskim terenima.
Zašto ova razlika?
Grupa je koristila globalni geološki jaz Marsa da odredi relativnu starost površine u mrežama postavljenim na površini i relativnu količinu gvožđa. Ovi podaci su dali bolje razumevanje odnosa između redoks tranzicija i prelaza klimatskih režima.
„Naše otkriće sugeriše da je površinska temperatura Marsa postepeno evoluirala od režima koji je dominirao nadmorskom visinom u režimu koji dominira geografskom širinom, zajedno sa atmosferskom oksidacijom tokom Noakovog perioda“, napisali su oni.
Jedna od sugestija grupe je da su ledeno vremenske prilike i „uslovi niske temperature doprineli iscrpljivanju gvožđa na površini, što je verovatno olakšano anoksičnim ispiranjem kroz cikluse zamrzavanja-odmrzavanja u atmosferi koja se smanjuje“.
Izluživanje je proces koji se široko koristi u ekstraktivnoj metalurgiji, gde se čisti metali prerađuju iz svojih prirodnih mineralnih naslaga (rude). (Primer je topljenje u visokoj peći za proizvodnju sirovog gvožđa, koje se koristi za proizvodnju čelika.)
Dalja analiza ih je dovela do zaključka da, iako niski pH nivoi (ispod 3) vode mogu da mobilišu gvožđe, kiselo ispiranje ne može u potpunosti da objasni iscrpljivanje gvožđa u velikom delu površine Marsa. Smanjenje intenziteta ispiranja gvožđa od ranog do kasnog noahija ukazuje na postepenu atmosfersku oksidaciju; kako se Marsova atmosfera oksidirala, njegov efekat staklene bašte se smanjio, što je na kraju dovelo do hladne i suve planete koju vidimo danas, sa ledom na oba pola.
„Oksidacija Marsove površine i atmosfere dovela je do toga da Mars postane hladan zbog migracije leda iz visoravni u polarne regione“, rekao je Liu. On ističe da neki naučnici misle da bi periglacijalno okruženje – Marsova podzemna površina ispod guste kriosfere, koja kombinuje stabilnu, dugotrajnu tečnu vodu i toplotu – mogla biti nastanjena za život.
