研究发现火星早期大气中的二氧化碳可能通过地质作用转化为甲烷，被储存在火星地壳的粘土矿物中。这一发现为火星气候演变、资源利用和生命迹象探索提供了新的认识。新的解释涉及蛇纹石化反应和粘土矿物吸附机制，而质量平衡模型和碳同位素分析支持了研究结果的可靠性。
除了主流的大气逃逸假说，新的解释涉及蛇纹石化反应和粘土矿物吸附机制，这提供了关于火星大气密度影响的认识。
这一发现为未来火星探测提供了新方向，尤其是关于甲烷资源的探索和利用。此外，这也为解释火星大气层中碳同位素的演化提供了新的视角。
【导读】近日，
研究人员通过质量平衡模型和碳同位素分析发现，火星早期大气中的二氧化碳可能在地质作用下转化为甲烷，并被储存在火星地壳的粘土矿物中。根据估算，粘土矿物中储存的甲烷量最高可相当于1.7巴的二氧化碳，这与火星早期大气密度估计相符。研究表明火星地壳中可能蕴藏着丰富的甲烷资源，这不仅为探索火星生命迹象提供了新认识，也为未来火星探测和资源利用提供了新方向。
火星，这颗红色的星球，一直以来都是人类探索宇宙的重点目标。大量的探测证据表明，火星在远古时期可能拥有温暖湿润的气候，其表面存在着液态水，甚至可能孕育过生命。然而，如今的火星却是一片寒冷荒凉的景象，其大气层极其稀薄，只有地球大气压的不到百分之一。那么，火星早期的大气层是如何消失的呢？
目前，科学界普遍认为火星大气逃逸是导致其气候巨变的主要原因。太阳风和紫外线辐射可以剥夺火星大气中的气体分子，使其逃逸到太空中。然而，这种机制并不能完全解释火星大气层的巨大损失。
麻省理工学院（MIT）
的研究人员提出了一种新的解释：火星早期大气中的二氧化碳可能通过蛇纹石化反应转化为了甲烷，并被储存在了粘土矿物中。
蛇纹石化是指富含铁镁的矿物（如橄榄石）与水反应生成蛇纹石的过程，该过程会释放氢气。氢气可以与二氧化碳进一步反应生成甲烷，而甲烷可以被粘土矿物吸附并长期保存。
为了验证这一假说，研究人员构建了一个火星碳循环的质量平衡模型，并结合火星碳同位素演化历史进行了分析
，得出以下主要研究结果：
1、火星粘土矿物中可能储存着大量甲烷:
火星早期大气中的二氧化碳可能通过蛇纹石化反应转化为甲烷，并被储存在火星地壳中的粘土矿物里。根据计算，如果火星地壳中存在足够数量的粘土矿物，那么最多可以有相当于 1.7 巴压力的二氧化碳转化为甲烷并被储存起来。
2、粘土矿物储存甲烷的量取决于粘土矿物的体积和种类:
研究发现，蒙脱石粘土比伊利石或绿泥石粘土吸附甲烷的能力强四倍。
3、火星大气层中碳同位素的变化可以用甲烷生成来解释:
研究人员发现，将大气逃逸机制和甲烷生成机制结合起来，可以更好地解释火星大气层中碳同位素随时间的演化。
4、火星早期大气密度对研究结果有影响:
研究表明，如果假设火星早期大气密度为1-2巴，那么粘土矿物中储存的甲烷量可以解释观测到的碳同位素变化。但是，如果假设火星早期大气密度高达4巴，那么仅靠粘土矿物吸附甲烷，则无法解释观测结果，可能还需其他机制共同作用。
该研究为火星早期大气消失提供了新的认识。此前普遍认为火星大气逃逸是导致其气候巨变的主要原因，而本研究提出，火星早期大气层可能并没有完全消失在太空中，而是有一部分转化为了甲烷并被储存在了火星地壳中。研究结果
为未来火星探测和资源利用提供了新的可能性。
图2。非生物甲烷饱和蒙脱石粘土的大气δ
13
C变化预测
图3 自4.0 Ga以来，由于大气逃逸和矿物结合有机碳的体积依赖性富集，火星δ
13
C的富集
oshua Murray, Oliver Jagoutz ,
Olivine alteration and the loss of Mars’ early atmospheric carbon
. Sci. Adv.10, eadm8443(2024).
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