Details

В работе исследовано влияние отрицательных ионов и дополнительной ионизации нижней атмосферы на сток метана в атмосфере Марса. С использованием одномерной фотохимической модели проведено сравнение нейтральной фотохимии, модели с положительными ионами и расширенной моделью с учётом отрицательных ионов. Показано, что при характерных для Марса концентрациях водяного пара отрицательно-ионный канал является более эффективным и универсальным механизмом разрушения CH4, чем положительно-ионный. Расчёты демонстрируют сокращение времени жизни метана с ~150 лет до 46, 30 и 17 лет в зависимости от влажности, а при наибольшей константе скорости реакции CO3- + CH4— до четырёх лет. Дополнительная ионизация, связанная с пылевыми бурями, приводит к существенному снижению концентрации CH4 в нижней атмосфере: в одном из сценариев — с 0.15 до 0.01 ppbv на высоте 0.5 км, при этом выше 30 км профиль становится почти однородным. При повышенных скоростях ионообразования концентрация метана снижается до 0.01 ppbv у поверхности и до 0.01 pptv на высотах свыше 30 км. Полученные результаты указывают на значимый вклад ионно-молекулярных процессов в вариации метана и могут быть использованы для интерпретации наблюдательных данных и развития фотохимических моделей атмосферы Марса.

This work investigates the influence of negative ions and additional ionization in the lower Martian atmosphere on methane sinks. Using a one-dimensional photochemical model, a comparison is performed between neutral photochemistry, a model including positive ions, and an extended model that accounts for negative ions. It is shown that under characteristic Martian water vapor concentrations, the negative-ion pathway is a more efficient and universal mechanism for CH4 destruction than the positive-ion pathway. The calculations demonstrate a reduction in methane lifetime from ~50 years to 46, 30, and 17 years depending on humidity, and down to four years in the case of the highest assumed reaction rate constant for the reaction CO3- + CH4. Additional ionization associated with dust storms leads to a substantial decrease in CH4 concentration in the lower atmosphere: in one scenario, from 0.15 to 0.01 ppbv at an altitude of 0.5 km, while above 30 km the profile becomes nearly uniform. At elevated ionization rates, methane concentration decreases to 0.01 ppbv near the surface and to 0.01 pptv at altitudes above 30 km. The obtained results indicate a significant contribution of ion–molecule processes to methane variability and may be used for the interpretation of observational data and the development of photochemical models of the Martian atmosphere.

• ВВЕДЕНИЕ
• ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
  • Значимость метана в астробиологии
  • Экспериментальные данные
    • Орбитальные наблюдения Mars Express
    • Наземные спектроскопические наблюдения
    • Измерения марсохода Curiosity
    • Орбитальные наблюдения TGO
  • Модель нейтральной атмосферы Марса
• МОДЕЛИРОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ МАРСА С УЧЁТОМ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ
  • Фотохимическая модель Джеймса Кастинга
  • Модель с отрицательными ионами
  • Результаты
    • Влияние концентрации водяного пара
    • Параметризация константы скорости реакции CO3- + CH4
    • Время жизни метана
• ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИЯ ОТ ПЫЛЕВЫХ БУРЬ
  • Пылевые бури и трибоэлектрическая ионизация
  • Моделирование дополнительного производства ионов
  • Результаты
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ