جو در سیاره های بیگانه چگونه پدید می آید؟

یک پژوهش تازه که بر روی شیوه ی به دام افتادن کربن توسط تفتال های (ماگماهای) آتشفشانیِ سرشار از آهن، و سپس آزاد شدن آن ها انجام گرفته، سرنخ هایی درباره ی تکامل آغازین جو در سیاره ی بهرام و دیگر اجرام سنگی ارایه می دهد.

سیاره‌ی بهرام در آغاز تاریخش جایگاه آتشفشان‌های بسیار
سهمگین بوده که حجم چشمگیری متان را آزاد کرد. چون
متان توان گلخانه ای بالایی دارد، پس در آن زمان، حتی
یک جو رقیق هم می توانسته از وجود آب مایع سطحی
پشتیبانی کند.

ریشه ی ترکیب و ساختار جو یک سیاره به ژرفای زیر سطح آن بر می گردد. هنگامی که مواد گوشته ی سیاره گداخته شده و تفتال می‌سازد، کربنِ زیر سطح را در خود به دام می اندازد. با حرکت تفتال رو به بالا و به سوی سطح، از فشارش کاسته شده و کربن را به صورت گاز آزاد می کند.

روی سیاره ی زمین، کربن به صورت کربنات درون تفتال به دام افتاده و به صورت دی اکسید کربن آزاد شد. دی اکسید کربن یک گاز گلخانه ای است که به جو سیاره ی ما کمک می کند گرمایی که از خورشید به دست می آورد را در خود نگه دارد. ولی این که کربن در سیاره های دیگر چگونه از سطح به جو راه می یابد و - چگونه می‌تواند بر شرایط گلخانه ای آن جا اثر بگذارد - به درستی شناخته نشده بود.

آلبرتو سال از دانشگاه براون در پروویدنس رودآیلند و یکی از نویسندگان این پژوهش می گوید: «ما می دانیم که کربن از گوشته ی جامد به تفتال مایع راه می یابد، از مایع به گاز، و سپس آزاد می شود. ما می خواهیم بدانیم که انواع گوناگون کربنی که در شرایط مربوط به هر سیاره پدید آمده اند، چگونه بر این جابجایی اثر می گذارند.»

این تازه ترین پژوهش، که پژوهشگرانی از دانشگاه نورث وسترن و بنیاد کارنگی واشنگتن نیز در آن شرکت داشتند، نشان می دهد که در شرایطی مانند شرایط گوشته ی سیاره ی بهرام (مریخ)، ماه و دیگر اجرام، کربن عمدتن به گونه ی کربونیل آهن در تفتال به دام می افتد و به گونه ی گازهای مونوکسید کربن و متان آزاد می شود. هر دوی این گازها - به ویژه متان- توان گلخانه ای بالایی دارند.

این یافته نشان می دهد که در آغاز تاریخ بهرام، زمانی که کنش های آتشفشانی در سراسر آن گسترده بود، احتمالا به اندازه‌ی کافی متان آزاد شده بوده تا سیاره را به حد چشمگیری گرم تر از امروز سازد.

یک تفاوت کلیدی میان شرایط گوشته ی زمین و گوشته ی دیگر اجرام خاکی چیزیست که دانشمندان از آن به عنوان بی‌دوامی (fugacity) اکسیژن یاد می کنند، مقدار اکسیژن آزادی که برای واکنش با عنصرهای دیگر در دسترس است. امروزه، گوشته‌ی زمین دارای بی‌دوامی اکسیژن نسبتا بالاییست، ولی در اجرامی مانند بهرام آغازین و ماه، این اندازه بسیار پایین است. پژوهشگران برای آن که دریابند آن بی‌دوامیِ کمترِ اکسیژن چه اثری بر جابجایی کربن داشته، با بهره از بازالت آتشفشانی همسان با بازالتی که در ماه و بهرام یافته شده، رشته آزمایش هایی انجام دادند.

آن ها سنگ های آتشفشانی را در دماها، فشارها، و بی‌دوامی اکسیژنی های گوناگون گداخته و ذوب کردند تا ببینند چه میزان کربن و از چه گونه ای توسط این گدازه ها جذب می شد. آن ها دریافتند که در بی‌دوامی های اکسیژنی پایین، کربن به گونه‌ی "کربونیل آهن" در گدازه به دام می افتاد؛ چیزی که در پژوهش پیشین دیده نشده بود. با کاهش فشار، کربونیل آهن گازهای مونوکسید کربن و متان را آزاد می کرد.

دایان وتزل از دانشگاه براون می گوید: «ما دریافتیم که در شرایط بی‌دوامی اکسیژنی پایین تر، تفتال ها می توانند کربنی بیش از آنچه قبلا گمان می رفت را در خود حل کنند. این نکته نقشی بزرگ در آزادسازی گاز از درون سیاره ها و شیوه ی اثرگذاری آن بر تغییرات جو سیاره های گوناگون بازی می کند.»

سیاره ی بهرام در آغاز تاریخش جایگاه آتشفشان های فعال غول پیکر بود. این بدان معناست که در روند جابجایی کربن، مقدار چشمگیری متان در این سیاره آزاد شده بوده. و از آن جایی که توان گلخانه ای متان بسیار بالاتر از مونوکسید کربن است، پس این یافته نشان می دهد که در روزگار آغازین بهرام، حتی یک جو رقیق و تُنُک هم می توانسته شرایطی پدید آورد که برای نگه داشتن آب مایع روی سطح سیاره به اندازه ی کافی گرم باشد.