Der Orbiter des europäisch-russischen Programms "ExoMars" konnte eine Karte der globalen Zirkulation in der Atmosphäre des Mars erstellen. Dies geschah, indem die Bewegung von Kohlenmonoxidmolekülen verfolgt wurde. Gleichzeitig konnten die Wissenschaftler Veränderungen der Atmosphäre durch globale Staubstürme identifizieren. Der Artikel wurde in der Zeitschrift Nature Geosciences veröffentlicht, kurz über die Arbeit wird auf der IKI RAS-Website beschrieben.
Kohlenmonoxid (CO) spielt eine wichtige Rolle in der Marsatmosphäre und nimmt an den chemischen Kreisläufen von Wasserstoff und Sauerstoff teil. Es wird in der oberen Atmosphäre (in Höhen von etwa 60 Kilometern) während der Photolyse von CO2 gebildet, wonach CO-Moleküle, die sich mit atmosphärischen Massen in niedrigere Höhen bewegen, höchstwahrscheinlich vom Hydroxylradikal OH eingefangen werden und wieder aufhören zu existieren in CO2 und Wasser umgewandelt. Da die Lebensdauer eines CO-Moleküls auf etwa 2,5 Erdjahre geschätzt wird, kann man aus Veränderungen der Kohlenmonoxidkonzentration in der Marsatmosphäre bestimmen, wie sich die atmosphärischen Massen je nach Jahreszeit bewegen und wie viel Wasserdampf darin enthalten ist die Atmosphäre und ihre Oxidationskapazität.
Eine Gruppe russischer, französischer und amerikanischer Planetenwissenschaftler unter der Leitung von Kevin S. Olsen von der Universität Oxford veröffentlichte die Ergebnisse der Analyse von Daten, die mit dem russischen spektrometrischen Komplex ACS (Atmospheric Chemistry Suite) gesammelt wurden, der an Bord der TGO (Trace Gar Orbiter) Sonde, die seit 2016 die Atmosphäre des Mars untersucht. Die Wissenschaftler arbeiteten mit Daten des MIR-Spektrometers, die von April bis Juni 2018 gesammelt wurden und die auch einen globalen Staubsturm erfassten. Dieses Gerät überwacht, wie verschiedene Substanzen in der Atmosphäre einen Teil der Sonnenstrahlung absorbieren, die in den beobachteten Spektren reflektiert wird.
Vertikale Profile des CO-Gehalts in der Marsatmosphäre in verschiedenen Breitengraden
Die Konzentration von Kohlenmonoxid in der Marsatmosphäre erwies sich als inhomogen. In Höhen von bis zu 80 Kilometern beträgt der Volumenanteil von CO in Äquatornähe etwa tausend Teile pro Million und steigt in Richtung Süden auf 1260 Teile pro Million an. In Höhen über 80 Kilometern, wo die CO2-Photolyse stattfindet, steigt der Kohlenmonoxidgehalt stark auf fünftausend Teile pro Million an. Die Modelle sagten jedoch voraus, dass der starke Anstieg in einer Höhe von 60 Kilometern beginnen sollte, was auf eine Unterschätzung der Kohlenmonoxidtransportrate nach oben hindeutet. In hohen Breiten begann die Konzentration von Kohlenmonoxid bereits in einer Höhe von 40 Kilometern zu steigen und erreichte Werte von 2000-3000 Teilen pro Million, was mehr als von den Modellen vorhergesagt wird.
So überwiegen am Äquator des Mars aufsteigende Strömungen, die die Atmosphäre erwärmen, und in der Nähe der Pole herrschen Abwinde vor. Die Zirkulation der Atmosphäre in Form von zwei Headley-Zellen ist schnell genug und durchmischt die Atmosphäre innerhalb von ein bis zwei Wochen, während dieser Prozess in den Polarregionen langsamer abläuft.
Beim globalen Staubsturm, der nach der nördlichen Herbsttagundnachtgleiche wütete, sank die durchschnittliche Kohlenmonoxidkonzentration im Beobachtungszeitraum um etwa 20 Prozent, der Transport von CO aus der unteren Atmosphäre in die oberen Schichten nahm jedoch zu. In diesem Fall erwärmt sich die untere Atmosphäre und dehnt sich stärker aus, die Wasserdampfkonzentration steigt und Wolken bilden sich seltener. Beobachtungen nach dem Staubsturm zeigten, dass die Konzentration von Kohlenmonoxid in der Atmosphäre bis in Höhen von etwa 100 Kilometern ungefähr gleich bleibt.
Zuvor haben wir darüber gesprochen, wie Trace Gas Orbiter neue Absorptionsbänder von Kohlendioxid und Ozon in der Atmosphäre des Mars entdeckte und globale Beschränkungen für die Methankonzentration in der Atmosphäre des Roten Planeten erhielt.
