Festgaskarbonatbildung bei Staubereignissen auf dem Mars

Oct 12, 2023

Ein gemeinsames Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Xiaohui Fu und Dr. Zhongchen Wu von der Shandong-Universität, China, schlug auf der Grundlage experimenteller Simulationsstudien einen neuen Karbonatbildungsmechanismus bei Marsstaubaktivitäten vor.

Carbonate sind allgemeine Produkte wässriger Prozesse auf der Erde. Für den Mars gelten Karbonatmineralien als Senke für eine frühe dichte CO2-Atmosphäre. Orbitale spektroskopische Untersuchungen haben Karbonate an einigen isolierten Orten auf der Marsoberfläche identifiziert. Sowohl von Orbitern als auch von Rovern wurden im modernen globalen Staub Spuren von Karbonat nachgewiesen. Allerdings sind ihre Quellen und Entstehungsmechanismen derzeit noch unklar. Das Team geht davon aus, dass Karbonat durch elektrochemische Prozesse während der Marsstaubaktivität direkt in der CO2-reichen Atmosphäre gebildet werden könnte.

Um dies zu testen, simulierten sie elektrostatische Entladung (ESD) unter marsähnlichen Atmosphärenbedingungen. Verschiedene im Marsstaub identifizierte Mineralien (Silikate, Ca-Sulfate, Halogenmineralien und (Per-)Chlorat) wurden in einer Marskammer einem ESD-Prozess ausgesetzt. Neu erzeugte Carbonate wurden durch Raman- und Mittelinfrarotspektroskopie während ESD-Reaktionen mit Halogeniden (NaCl, MgCl2, NaBr) und (Per)chlorat (NaClO3, NaClO4) als Ausgangsmineralien identifiziert.

Basierend auf den Simulationsexperimenten schlugen sie heterogene elektrochemische Gas-Feststoff-Reaktionen während Staubaktivitäten als neuen Mechanismus für die Karbonatbildung auf dem Mars vor. „Die Entstehung und die Seltenheit von Karbonataufschlüssen auf dem Mars bleibt bis heute ein Rätsel. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Bildungsmechanismen von Karbonaten sind die durch ESD bei Marsstaubaktivitäten hervorgerufenen Fest-Gas-Wechselwirkungen unabhängig von flüssigem Wasser“, sagte Fu.

Die aus Staubaktivitäten resultierenden elektrochemischen Prozesse können erhebliche Mengen CO2-Gas aus der Marsatmosphäre entfernen und über geologische Zeitskalen speichern. Atmosphärisches CO2 auf dem Mars scheint sich zumindest seit dem frühen Amazonasgebiet bis heute zu Karbonaten verfestigt zu haben. „Diese neuen aufregenden Ergebnisse ergänzen die zunehmenden Beweise dafür, dass atmosphärisches CO2 zumindest vom frühen Amazonas bis zum Mars als Karbonate verfestigt wird.“ Sagte Wu. Die Gesamtmenge an CO2, die im Amazonas-Zeitalter durch Marsstaubaktivitäten gebunden wurde, wurde auf der Grundlage der Karbonatausbeute von ESD-Experimenten geschätzt, bei denen möglicherweise ~ 0,56 mbar CO2 durch Marsstaubaktivitäten in den letzten 3,0 Milliarden Jahren in Karbonat umgewandelt wurden.

Marsstaubaktivitäten kommen auf dem heutigen Mars häufig vor. Sie halten sehr lange und bedecken große Gebiete des Mars. Diese Studie zeigt außerdem, dass auf dem Mars immer noch aktive chemische Wechselwirkungen zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre bestehen. Die Staubaktivitäten des Mars spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Marsatmosphäre und der Kohlenstoff-/Chlorkreisläufe auf dem heutigen Mars.

Festgaskarbonatbildung bei Staubereignissen auf dem Mars, National Science Review (Open Access)

Astrobiologie

SpaceRef-Mitbegründer, Explorers Club Fellow, Ex-NASA, Auswärtsteams, Journalist, Weltraum- und Astrobiologie, ehemaliger Bergsteiger.