与液态水接触的行星大气中氮的稳定性
地球与行星天体物理
2020-01-08 v1
摘要
分子氮是最常被假定为支持岩质行星宜居性的背景气体。尽管具有化学惰性，氮分子仍会被闪电、高温火山喷口与小天体撞击所破坏，并可转化为可溶性氮化合物进而被海洋封存。因此，氮以及基于氮的宜居性的稳定性本身受到质疑。本文通过建立一个耦合大气光化学与海洋化学的新模型，确定了分子氮相对于水相封存的寿命。我们发现，缺氧大气中产生的主导性氮化合物 HNO 在海洋中转化为 N2O，而非如先前假设被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐。该 N2O 随后释放回大气并迅速转化为 N2。我们还发现 NO 的沉降速率受到海洋中将 NO 转化为亚硝酸盐的水相反应动力学的严重限制。综合这些认识，我们得出结论：大气必须产生至少氧化至 NO2 与 HNO2 程度的氮物种才能实现水相封存。在类太阳与 M 型矮星恒星的温带行星上，缺氧大气中分子氮的寿命被确定为 >10 亿年。该结果维护了分子氮作为岩质行星普适背景气体的有效性。
引用
@article{arxiv.1910.04111,
title = {Stability of Nitrogen in Planetary Atmospheres in Contact with Liquid Water},
author = {Renyu Hu and Hector Delgado Diaz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.04111},
year = {2020}
}
备注
ApJ accepted