Ny viden om CO2 kan gøre os klogere på Mars
Kemikere fra Københavns Universitet har fundet ud af, hvordan CO2 reagerer med sollys. Denne viden kan føre til en bedre forståelse af atmosfærens udvikling på Jorden og på andre planeter, ikke mindst Mars.

Den 320 gram tunge Mars-meteorit Black Beauty rummer meget mere vand end andre meteoritter fra Mars. Det hænger nok sammen med, at den er meget gammel - den blev dannet for cirka 2,1 milliarder år siden. (Foto: NASA)

I atmosfæren om Jorden og om andre klippeplaneter som Mars og Venus spiller kuldioxid - efterhånden bedre kendt under den kemiske betegnelse CO2 - en stor rolle. Derfor er det vigtigt at forstå molekylet til bunds.

Men det er faktisk først nu, at kemikerne har fået en anvendelig forståelse af, hvad der egentlig sker, når lyset fra Solen rammer CO2 i atmosfæren.

»For første gang har vi nu et brugbart billede af, hvordan CO2 absorberer sollys,« fortæller Matthew S. Johnson, der er professor i kemi ved Københavns Universitet.

Sammen med Johan Schmidt, der for nylig fik sin ph.d. på Københavns Universitet, og Reinhard Schinke, der er forsker ved Max Planck Instituttet i Tyskland, har Matt Johnson beskrevet forskningsresultatet i en artikel, der publiceres i det videnskabelige tidsskrift PNAS.

CO2 dominerer på Mars og Venus

Hvis man vil forstå, hvad der sker i atmosfæren om en klippeplanet, er det vigtigt at have en eksakt viden om, hvordan CO2 reagerer med sollys ved forskellige temperaturer. Den viden har forskerne nu fået, blandt andet ved hjælp af beregninger på supercomputere.

For milliarder af år siden bestod Jordens atmosfære fortrinsvis af CO2, og i dag dominerer CO2 stadig i atmosfærerne om Mars og Venus.

»Hvis man vil lave en model af atmosfæren på Venus, på Mars eller på den tidlige jordklode, så har man brug for disse data. Ellers kan man ikke finde ud af, hvad der er sket i atmosfærerne.«

Forskellige isotoper giver ledetråde om Mars

120 af de mange tusinde meteoritter, der er fundet på Jorden, stammer fra Mars. Og nu kan de informationer om CO2, som forskerne har regnet sig frem til, bruges ved kemiske analyser af nogle af disse meteoritter.

På den måde kan forskerne få informationer om Mars-atmosfærens udvikling, og de kan måske finde ud af, om der har været oceaner på planeten.

Når CO2 rammes af sollys, ændres molekylets elektroniske tilstand. Den nye tilstand CO2* er ikke stabil og molekylet henfalder på en brøkdel af et nanosekund til en såkaldt triplet tilstand, CO2t. De kemisk C-O bindinger i denne tilstand er meget svage, og molekylet knækker (som en kvist), så der dannes kulmonooxid (CO) og ilt atomer (O). Figuren viser konturererne af den potientielle energi for CO2, CO2* og CO2t. I de to første tilstande er systemet fanget i en potentiel energi-brønd (blå) og C-O bindingerne kan ikke brydes. For den sidste tilstand CO2t er brønden ikke dyb nok til at holde sammen på molekylet.

CO2 er nemlig ikke bare CO2. Grundstoffer som kulstof og ilt, som CO2 består af, findes naturligt i forskellige variationer (isotoper). Det betyder, at der kan være forskel på CO2-molekyler og dermed også den måde, sollyset kan spalte molekylet.

»Når man undersøger Mars-meteoritter, ser det ud til, at indholdet af forskellige ilt-isotoper ændrer sig med tiden. Det kan vi forklare med, at der frigives ilt med en særlig isotop-sammensætning, når CO2 spaltes af sollyset. Vores beregninger beskriver netop, hvordan sollys ændrer sammensætningen af isotoperne. «

Meteoritter kan fortælle historier

Ilten bliver optaget i klipperne på Mars' overflade - den går i forbindelse med jern og danner den rust, der giver Mars den karakteristiske røde farve. Igennem milliarder af år bliver den nydannede ilt fjernet fra atmosfæren, som langsom ændrer sig.  Ved at kigge på isotoperne i en meteorit, kan forskerne nu følge den historiske udvikling ved hjælp af de nye data.

»Det er da fascinerende, at man kan have et stykke af Mars liggende på sit skrivebord - en meteorit, der rummer materiale fra atmosfæren på planeten. Og at analyser af sådan en meteorit passer med vores beregninger,« siger Matt Johnson.

Her henviser han specielt til undersøgelser af en særlig Mars-meteorit kaldet Black Beauty. Den rummer en hel del vand med ilt, der oprindeligt stammer fra Mars' atmosfære. Det røber iltens isotopsammensætning.

Kan også bruges for exoplaneter

Ikke blot de velkendte planeter i vores eget solsystem kan have CO2 i atmosfæren. Det kan planeter, der kredser rundt om andre stjerner end Solen - de såkaldte exoplaneter - også.

»Alle klippeplaneter får tilsyneladende en atmosfære med CO2. Hvis man skal skabe en model af atmosfæren på en exoplanet, får man brug for vores data, så man kan udregne, hvor hurtigt atmosfærens CO2 nedbrydes af sollyset. Det skal være på plads, hvis man vil finde ud af, hvordan mikroskopiske partikler og organiske materialer opfører sig i sådan en atmosfære.«

»Nu vil vi gerne kigge på implikationerne af vores arbejde. Vi bygger en model af atmosfæren på Mars, så vi kan gøre forbindelsen til meteoritterne fra Mars helt klar,« slutter Matt Johnson.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud