Освоение Марса

[SY]

Но тогда нам придется принять априори, что эволюции атмосфер Земли и Марса шли совершенно разными путями

Почему? первичная углекислота большей часть сейчас и на Земле и на Марсе находятся в связанном виде в литосфере.

Масс-спектрометр установки TEGA зафиксировал выделение из частиц грунта ионов углекислоты при нагреве грунта ровно до той температуры, которая соответствует диссоциации CaCO3, сообщил руководитель научной миссии Phoenix'а Питер Смит из Аризонского университета в Тусоне. Этот грунт был собран со дна одной из траншей, выкопанных рукой космического аппарата.
Косвенно присутствие карбонатов подтверждает и влажная лаборатория MECA – размешанная в жидкой воде марсианская почва ведёт себя, как буферный раствор, что очень характерно для слабой угольной кислоты.
источник: http://www.gazeta.ru/science/2008/09/30_a_2845246.shtml

[AlexAV]

Но тогда нам придется принять априори, что эволюции атмосфер Земли и Марса шли совершенно разными путями, Вам не кажется что в такой предпосылке присутствует сильная логическая натяжка?

Но на земле захоронение углекислоты шло тоже точно так же. В пластах известняков захоронено не менее 90 атм, а современное количество углекислого газа едва ли больше, чем на Марсе. Т.е. геохимические процессы с участием углекислого газа как раз весьма схожи. Отличие только в количестве азота.

Вероятно доля азота в вулканических газах там была изначально ниже, а общий объём дегазации меньше чем на Земле или Венере. В результате углекислый газ также как на Земле почти полностью ушёл в карбонаты, а небольшое (на несколько порядков меньшее чем на Земле) количество азота по действием ионизирующего излучения перешла в химические соединения и была поглощена литосферой (на земле схожие процессы тоже идут, но из-за очень большого количества азота земля потеряла только чуть менее его половины), некоторая часть ушла в космос. И получился Марс в современном виде.

Т.е. процессы совершенно аналогичные, только на Марсе быстрее из-за исходно меньшего количества газов.

[AlexAV]

Почему? первичная углекислота большей часть сейчас и на Земле и на Марсе находятся в связанном виде в литосфере.

Ну вот и прямые экспериментальные подтверждения появляются.

[Retired]

Т.е. процессы совершенно аналогичные, только на Марсе быстрее из-за исходно меньшего количества газов.

Все равно как-то не сходится, ну площадь поверхности в 3,5 раза меньше, ну гравитация (ожидаемая высота атмосферы) в 3 раза меньше.Пусть объем атмосферы в 20-30 раз меньше.  Но это цифры все же одного порядка и явно когда-то атмосфера Марса имела плотность одного порядка с земной. А сейчас в 100 с лишним раз "жиже" (менее 10 мбар). То есть совершенно другой порядок величин...

[SY]

Вероятно доля азота в вулканических газах там была изначально ниже, а общий объём дегазации меньше чем на Земле или Венере. В результате углекислый газ также как на Земле почти полностью ушёл в карбонаты, а небольшое (на несколько порядков меньшее чем на Земле) количество азота по действием ионизирующего излучения перешла в химические соединения и была поглощена литосферой

На Венере соединения азота не стабильны, а на Земле они из-за высокой растворимости в воде быстро усваиваются живыми существами и рано или поздно в итоге опять переходят в N2

[AlexAV]

На Венере соединения азота не стабильны,

Согласен. На Венере всё просто, всё что из мантии вышло в атмосфере и находится. Ну за исключением воды. Она куда-то делась, и механизм её диссипации пока достаточно дискуссионный.

а на Земле они из-за высокой растворимости в воде быстро усваиваются живыми существами и рано или поздно в итоге опять переходят в N2

На Земле цикл азота вообще достаточно сложен. Т.е. есть два потока. В литосферу и из литосферы. Одновременно идёт связывание азота абиогенным путём (грозы, УФ-излучение) и по средствам биогенной азотфиксацией.  И одновременное есть сильный обратный поток в результате биогенной денитрификации. Плюс глобальная тектоника, которая за счёт цикла субдукции осадочных пород и выплавки базальтов возвращают часть газов (углекислого газа, азота) из осадков обратно в атмосферу. Изменение давления в атмосфере это баланс этих процессов.

На марсе проще. Есть только однонаправленный абиогенный сток из атмосферы в литосферу. А вот обратный поток (биогенная денитрификация, глобальная тектоника) отсутствуют.

Возможно наличие этих обратных потоков газов из литосферы (прежде всего глобальные тектонические процессы) и создали такие отличия Земли и Марса.

[LonelyWanderer]

В любом случае существенно больше 100 мбар с учётом всех существующих механизмов диссипации Марс потерять не мог. Все остальное в его литосфере и захоронено. Если гипотеза тёплого Марса верна, то это подавляющая часть той первичной атмосферы (это явно во много раз больше потерянных 100 мбар).

Если вы так настаиваете на том, что разности между ¹³C и ¹²С сильно не достаточно, чтобы объяснить улетучивание атмосферы в космос (т.е. она вся осела в карбонатах и т.д.), то я предложу следующие объеснения этого.
Так как скорость улетучивания атмосферы процесс линейный (только с поправкой на высоту экзосферы, из-за чего имеется некоторое отклонение от линейности), то вся атмосфера должна была либо улетучится давно, если процесс быстрый, либо атмосферы должно было остаться больше (если процесс медленный). И вероятность того, чтобы осталась такая хлипкая атмосфера к сегодняшнему дню - мала. Кстати, замечу, свойства разных изотопов имеют отличающиеся химические свойства, и поэтому опять накапривается погрешность. Не знаю, как это относится к ¹²СО2 и ¹³СО2, но, например, тяжелая вода своими химическими свойствами отличается от обычной весьма значительно.
Так вот, объяснение недостаточности разности изотопного состава углерода может заключатся в том, что сегодняшняя атмосфера - не остатки былой, а вторичная. И данное, имеющиеся сегодня количество СО2 пополнилось из следующих источников:
- поздняя вулканическая активность (предполагается, что Олимп извергался последний раз 2 миллиона лет назад, поэтому небольшой источник пополнения через вулканизм имелся;
- выделение растворенных в воде газов после её диссоциации и улетучивании;
- падение комет, астероидов, и дегазация их, а также грунта в районе кратеров.
И тогда объясняется существование сегодняшней тонкой атмосферы даже при сильном улетучивании газов и при недостаточности разности ¹²С и ¹³С.

Не преуменьшайте возможность улетучивания газов. В статье, откуда брались графики и цифры, показано, что после диссоциации N2 атомы азота приобретают скорость даже превышающую 1-ю космическую. Так как молекулы СО2 состоят из атомов, сопоставимых по массе с атомами азота, то и тут ситуация похожая. Кроме того, случайные события, столкновения с другими атомами атмосферы и солнечного ветра могут легко выбить указанные атомы с экзосферы.
Кроме того, в начале существования Солнца оно должно было быть более активным, вспышки могли быть более мощными, и при столкновении солнечного ветра с экзосферой Марса, её атомы могли приобретать скорости, значительно превышающие 2-ю космическую, и тогда разница в массе между ¹²С и ¹³С оказывалась ещё менее существенным фактором.

[LonelyWanderer]

Вероятно доля азота в вулканических газах там была изначально ниже, а общий объём дегазации меньше чем на Земле или Венере. В результате углекислый газ также как на Земле почти полностью ушёл в карбонаты, а небольшое (на несколько порядков меньшее чем на Земле) количество азота по действием ионизирующего излучения перешла в химические соединения и была поглощена литосферой (на земле схожие процессы тоже идут, но из-за очень большого количества азота земля потеряла только чуть менее его половины), некоторая часть ушла в космос. И получился Марс в современном виде.

Азота СЛИШКОМ мало! Его сейчас только немного больше, чем аргона, такого быть просто не может. Азота было гораздо больше, в десятки раз.

[AlexAV]

Не преуменьшайте возможность улетучивания газов. В статье, откуда брались графики и цифры, показано, что после диссоциации N2 атомы азота приобретают скорость даже превышающую 1-ю космическую. Так как молекулы СО2 состоят из атомов, сопоставимых по массе с атомами азота, то и тут ситуация похожая. Кроме того, случайные события, столкновения с другими атомами атмосферы и солнечного ветра могут легко выбить указанные атомы с экзосферы.

Здесь нужен количественный расчёт кинетики процесса. Более того, такие расчёты проведены и учёт всех возможных каналов диссипации даёт полную потерю атмосферы через диссипацию около 100 мбар, всё.

Вот от этой цифры и надо строить дальнейшие рассуждения (или обосновывать, что на ранних стадиях эволюции Марса существовали каналы диссипации, которых нет сегодня).

Остальное через обычные каналы диссипации (солнечный ветер, тепловую диссипацию, ион-молекулярные реакции и т.д.) объяснить невозможно.

Так как скорость улетучивания атмосферы процесс линейный (только с поправкой на высоту экзосферы, из-за чего имеется некоторое отклонение от линейности), то вся атмосфера должна была либо улетучится давно, если процесс быстрый, либо атмосферы должно было остаться больше (если процесс медленный).

Так пока больше похоже, что атмосфера в основном никуда не улетела, а захоронена в литосфере, а диссипация лишь небольшая поправка к этому. Процесс же захоронения имеет существенно более сложную зависимость от давления, чем диссипация (если диссипация определяется условиями на экзобазе, то захоронения - условиями в тропосфере).

Так вот, объяснение недостаточности разности изотопного состава углерода может заключатся в том, что сегодняшняя атмосфера - не остатки былой, а вторичная.

Где доказательства? Хотя гипотеза, что углекислый газ находится в динамическом равновесии право на жизнь конечно имеет. Вот только это равновесие не относительно диссипации (диссипация слишком мала и дала бы заметное искажение изотопного состава), а с захоронением  в карбонаты.

И тогда объясняется существование сегодняшней тонкой атмосферы даже при сильном улетучивании газов и при недостаточности разности 12С и 13С.

Не объясняет. В этой ситуации как раз различие в соотношении концентраций изотопа было бы весьма заметным (в несколько раз). Чего нет. Вот по азоту есть подозрение, что он находится в динамическом равновесии с процессом диссипации, а углекислый газ точно нет.

Кроме того, в начале существования Солнца оно должно было быть более активным, вспышки могли быть более мощными, и при столкновении солнечного ветра с экзосферой Марса, её атомы могли приобретать скорости, значительно превышающие 2-ю космическую, и тогда разница в массе между 12С и 13С оказывалась ещё менее существенным фактором.

Большая активность солнца в прошлом возможна. Однако на изменение изотопного соотношения при диссипации это будет влиять минимально.

[AlexAV]

Так как молекулы СО2 состоят из атомов, сопоставимых по массе с атомами азота, то и тут ситуация похожая.

Вообще откуда вы взяли, что диссипация на марсе имеет столь большие масштабы. Это не подтверждается ни результатами моделирования, ни прямыми наблюдениями.

Назовите доказательства кроме "оператора очевидности"!

Азота СЛИШКОМ мало! Его сейчас только немного больше, чем аргона, такого быть просто не может. Азота было гораздо больше, в десятки раз.

Где доказательства? Может Марс исходно был очень беден азотом.

Почему вы считаете, что геохимия различных планет должна быть полностью идентична? Вот летает рядом две малые планеты Веста и Церера. На одной воды вообще почти нет и много металлов, на другой сплошная вода. И что?

[SY]

Процесс исключения жидкой воды из оборота имел и обратную сторону:
По результатам проведенных анализов исследователи заключили, что марсианская вода была в среднем от десяти до ста раз более соленой, чем вода в океанах Земли. Более того, предыдущие исследования показали, что воды Марса характеризовались повышенной кислотностью, а среда в них была окислительной.
Источник:http://vkurse.ua/technology/sochli-mars-slishkom-solenym.html

То есть последние жидкие водоемы были практически концентрированными рассолами. В таких условиях карбонаты должны замещаться сульфатами с выделением углекислоты. Таким образом искать карбонаты на дне последних луж бессмысленно, а нынешние экспедиции как раз и исследуют места с наиболее поздними следами воды.

Концентрация солей также свидетельствует о постепенной потере воды.

PS. Кто-нибудь встречал годовое колебание массы атмосферы Марса. Хочу прикинуть теплоту, необходимую для испарения такой массы углекислоты.

[LonelyWanderer]

Кстати, в пользу теории об улетучивании в космос атмосферы Марса говорит сравнение его с Меркурием. На Меркурии 2-я космическая 4.25 км/с, на Марсе 5.03. Разница есть, но не настолько огромная. Тем не менее на Меркурии вообще отстутствуют газы в сколь-либо значимых количествах. Аргон, и даже криптон с ксеноном, которым даже при несколько меньшей гравитации Меркурия улетучится было бы очень тяжело. Тем не менее - улетучилось всё, что было.

[Retired]

Кстати, в пользу теории об улетучивании в космос атмосферы Марса говорит сравнение его с Меркурием. На Меркурии 2-я космическая 4.25 км/с, на Марсе 5.03. Разница есть, но не настолько огромная. Тем не менее на Меркурии вообще отстутствуют газы в сколь-либо значимых количествах. Аргон, и даже криптон с ксеноном, которым даже при несколько меньшей гравитации Меркурия улетучится было бы очень тяжело. Тем не менее - улетучилось всё, что было.

Сравните расстояние этих планет до Солнца - на Меркурии солнечный ветер сдует все...

[SY]

Кстати, в пользу теории об улетучивании в космос атмосферы Марса говорит сравнение его с Меркурием. На Меркурии 2-я космическая 4.25 км/с, на Марсе 5.03. Разница есть, но не настолько огромная. Тем не менее на Меркурии вообще отстутствуют газы в сколь-либо значимых количествах. Аргон, и даже криптон с ксеноном, которым даже при несколько меньшей гравитации Меркурия улетучится было бы очень тяжело. Тем не менее - улетучилось всё, что было.

Слишком близко к Солнцу - от нагрева атмосфера вспухла, а дальше - ветром сдуло

[AlexAV]

Кстати, в пользу теории об улетучивании в космос атмосферы Марса говорит сравнение его с Меркурием. На Меркурии 2-я космическая 4.25 км/с, на Марсе 5.03. Разница есть, но не настолько огромная. Тем не менее на Меркурии вообще отстутствуют газы в сколь-либо значимых количествах. Аргон, и даже криптон с ксеноном, которым даже при несколько меньшей гравитации Меркурия улетучится было бы очень тяжело. Тем не менее - улетучилось всё, что было.

Где Марс и где Меркурий? Плотность потока солнечного ветра и ионизирующего излучения от солнца не сопоставимы.

[Anatoly]

...Кто-нибудь встречал годовое колебание массы атмосферы Марса. Хочу прикинуть теплоту, необходимую для испарения такой массы углекислоты.

в вики есть немного об этом:

...масса марсианской атмосферы сильно изменяется в течение года в связи с таянием и намерзанием полярных шапок, содержащих углекислый газ. Во время зимы 20-30 процентов всей атмосферы намораживается на полярной шапке, состоящей из углекислоты[25]. Сезонные перепады давления, по разным источникам, составляют следующие значения:
    * По данным НАСА (2004): от 4,0 до 8,7 мбар на среднем радиусе[2];
    * По данным Encarta (2000): от 6 до 10 мбар[26];
    * По данным Zubrin и Wagner (1996): от 7 до 10 мбар[27];
    * По данным посадочного аппарата Викинг-1: от 6,9 до 9 мбар[2];
    * По данным посадочного аппарата Mars Pathfinder: от 6,7 мбар[25].

исходя из чего возможно приблизительно посчитать и массу...

[LonelyWanderer]

Кстати, в пользу теории об улетучивании в космос атмосферы Марса говорит сравнение его с Меркурием. На Меркурии 2-я космическая 4.25 км/с, на Марсе 5.03. Разница есть, но не настолько огромная. Тем не менее на Меркурии вообще отстутствуют газы в сколь-либо значимых количествах. Аргон, и даже криптон с ксеноном, которым даже при несколько меньшей гравитации Меркурия улетучится было бы очень тяжело. Тем не менее - улетучилось всё, что было.

Сравните расстояние этих планет до Солнца - на Меркурии солнечный ветер сдует все...

Криптон с ксеноном слишком тяжелые газы. Несопоставимо тяжёлы с атомами углерода и кислорода. При столкновении молекулы ксенона с массой в 131 с атомом водорода, с массой 1, скорость ксенона вырастет не сильно. Тем не менее даже они были полностью сдуты. Тем более СО2 легко сдуваем с Марса.  Но тут, нужно будет сделать сравнительный расчёт скорости солнечного ветра на орбите Марса и Меркурия, чтобы точнее показать.

[AlexAV]

Кстати, в пользу теории об улетучивании в космос атмосферы Марса говорит сравнение его с Меркурием.

И пожалуй главное. Фактический поток вещества из атмосферы Марса измерен напрямую аппаратом Марс-Экспресс (http://grani.ru/Society/Science/m.77438.html). При этом темпы этих потерь оказались всего около 1кг/с. За миллиард лет это даст потери всего в 8 мбар.

Т.е. фактические наблюдения в целом находятся в согласии с теорией и показывают достаточно слабую (по абсолютной величине) диссипацию его атмосферы.

[Retired]

Но тут, нужно будет сделать сравнительный расчёт скорости солнечного ветра на орбите Марса и Меркурия, чтобы точнее показать.

Даже не скорости, а плотности, которая в первом приближении убывает как куб расстояния.

[AlexAV]

Криптон с ксеноном слишком тяжелые газы. При столкновении молекулы ксенона с массой в 131 с атомом водорода, с массой 1, скорость ксенона вырастет не сильно.

Вообще-то солнечный ветер сдувает газ не вследствие прямого столкновения протонов с атомами, а через индуцированное им электрическое поле. От такой диссипации масса атома практически не спасает. Правда это довольно маломощный канал утечки (он быстро насыщается в следствие действия поля индуцируемого током убегающих ионов), но чтобы полностью вымести ксенон с Меркурия его более чем достаточно. Для более удалённых планет с относительно массивными атмосферами (Венеры, Марс) его вклад сравнительно невелик.