火星水圈氘富集的原初大气起源
地球与行星天体物理
2022-09-23 v1
摘要
火星大气水的氘氢比（D/H 或 2H/1H，约为标准平均海洋水 SMOW 的 6 倍）高于已知源，需要行星尺度的富集过程。NASA 火星科学实验室巡视器 Curiosity 对 >3 Gyr 黏土的最新测量给出 D/H 比约为 SMOW 的 3 倍，表明大部分富集发生在火星历史早期。如同金星，火星的 D/H 富集被认为反映了 1H（氕）相对于 2H（氘）向太空的优先损失，但大规模且早期的氢损失所处的全球环境背景仍有待确定。在此，我们将近期一种原初大气演化模型应用于火星，把吸积时期的岩浆洋与随后的水洋时期相联系，并计算氘的行为以与观测记录比较。我们发现，若火星岩浆洋在与原初大气最后平衡时具化学还原性，使 H2-CO 成为初始主导物种、H2O-CO2 为少量组分，则会产生约 2-3 倍的氢圈氘富集。还原性气体——尤其是 H2——可引起温室增温，并防止水洋在岩浆洋时期后立即冻结。此外，压力-温度条件足以产生洋-气 H2O-H2 同位素平衡，使表面 H2O 相对于 H2 强烈富集氘，而 H2 优先摄取氕并从原初大气逃逸。所提出的原初富 H2 排气与逃逸情景表明，在火星吸积后紧接着存在利于前生物化学的火星表面化学条件的重要时段（>Myr）。
引用
@article{arxiv.2209.10635,
title = {A primordial atmospheric origin of hydrospheric deuterium enrichment on Mars},
author = {Kaveh Pahlevan and Laura Schaefer and Linda T. Elkins-Tanton and Steven J. Desch and Peter R. Buseck},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.10635},
year = {2022}
}
备注
5 figures