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Mantle redox state drives outgassing chemistry and atmospheric composition of rocky planets

Ortenzi, G. und Noack, L. und Sohl, F. und Guimond, C.M. und Grenfell, J.L. und Dorn, C. und Schmidt, J.M. und Vulpius, S. und Katyal, N. und Kitzmann, D. und Rauer, H (2020) Mantle redox state drives outgassing chemistry and atmospheric composition of rocky planets. Scientific Reports, 10 (10907), Seiten 1-14. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-020-67751-7. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41598-020-67751-7

Kurzfassung

Volcanic degassing of planetary interiors has important implications for their corresponding atmospheres. The oxidation state of rocky interiors affects the volatile partitioning during mantle melting and subsequent volatile speciation near the surface. Here we show that the mantle redox state is central to the chemical composition of atmospheres while factors such as planetary mass, thermal state, and age mainly affect the degassing rate. We further demonstrate that mantle oxygen fugacity has an effect on atmospheric thickness and that volcanic degassing is most efficient for planets between 2 and 4 Earth masses. We show that outgassing of reduced systems is dominated by strongly reduced gases such as H2, with only smaller fractions of moderately reduced/oxidised gases (CO, H2O). Overall, a reducing scenario leads to a lower atmospheric pressure at the surface and to a larger atmospheric thickness compared to an oxidised system. Atmosphere predictions based on interior redox scenarios can be compared to observations of atmospheres of rocky exoplanets, potentially broadening our knowledge on the diversity of exoplanetary redox states.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/135459/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Mantle redox state drives outgassing chemistry and atmospheric composition of rocky planets
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ortenzi, G.gianluigi.ortenzi (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Noack, L.Department of Earth Sciences, Freie Universitat Berlin, Malteserstraβe 74-100, 12249, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sohl, F.frank.sohl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0355-1556NICHT SPEZIFIZIERT
Guimond, C.M.Department of Earth Sciences, Bullard Laboratories, University of Cambridge, Madingley Rise, Cambridge CB3 0EZ, United KingdomNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grenfell, J.L.lee.grenfell (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dorn, C.Institute of Computational Sciences, University of Zurich, Winterthurerstraße 109, 8057, Zurich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, J.M.Department of Earth Sciences, Freie Universitat Berlin, Malteserstraβe 74-100, 12249, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vulpius, S.Department of Earth Sciences, Freie Universitat Berlin, Malteserstraβe 74-100, 12249, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Katyal, N.Department of Astronomy and Astrophysics, Technical University of Berlin, Hardenbergstraße 36, 10623, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kitzmann, D.Center for Space and Habitability, University of Bern, Gesellschaftsstraße 6, 3012, Bern, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rauer, Hheike.rauer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2 Juli 2020
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.1038/s41598-020-67751-7
Seitenbereich:Seiten 1-14
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:volcanic degassing, volatile chemical speciation, mantle redox state, interior, atmosphere, composition, thermal evolution, rocky exoplanets
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Institut für Planetenforschung > Extrasolare Planeten und Atmosphären
Institut für Planetenforschung > Leitungsbereich PF
Hinterlegt von: Sohl, Dr. Frank
Hinterlegt am:06 Jul 2020 10:28
Letzte Änderung:24 Okt 2023 11:05

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