火山活动驱动的火星缺氧大气：对过往环境与生命的启示

火星现今无活跃火山活动，其大气为氧化性，主要由 CO2 与 H2O 的光化学主导。利用一维光化学模型，我们考察了合理的火山气体通量是否可能将火星过往大气的氧化还原状态切换为还原性条件。在我们的模型中，火山气体总量与比例取决于源熔体的水含量、脱气压力与氧逸度。我们发现，在合理的熔体参数下，火星过往大气（约 3.5 Gyr 至今）只需 modest 水平的火山活动（>0.14 km^3/yr，远在先前估计范围内）即可轻易达到还原性与缺氧条件。反直觉的是，我们还发现氧逸度较低的更具还原性的熔体反而需要更多火山活动才能将古大气从氧化性切换为还原性。原因在于硫在此类熔体中更稳定，含硫气体的绝对通量降低所抵消的效应超过了 H2 与 CO 比例上升带来的效应。这些结果表明，即使在中亚马逊纪，只要火山脱气维持在足够水平，古火星也应经历过缺氧还原性大气的时期。还原性缺氧条件有利于氨基酸等前生物有机化合物的合成，因而与火星生命可能性相关。此外，缺氧还原条件应影响了地表形成或从大气沉积的矿物类型，例如元素多硫（S8）可作为过往还原大气的标志。最后，我们的模型使我们能估算火星历史中火山来源大气硫酸盐的沉积量，约为 10^6 至 10^9 Tmol，其分布取决于假设的脱气速率历史与岩浆源条件。