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CO-oxidation on surface hematite in hot atmospheres of rocky planets

机译：岩石行星热大气中表面赤铁矿的CO氧化

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摘要

Hematite surface minerals can play a key role for the stability in hot, CO_2 exoplanetary atmospheres. In a previous work we applied a heterogeneous mechanism for the oxidation of atmospheric CO(g) into CO_2(g) occurring on the surface of hematite to planetary atmospheres. In that work we calculated CO_2(g) production rates via this "hematite mechanism" for specific planetary atmospheric scenarios both in and out of the Solar System. We perform a general parameter study of the hematite mechanism in which we change key initial variables (CO and O_2 gas-phase abundances) and temperature, pressure covering the diverse range of conditions for terrestrial planetary atmospheres; we investigate the response of the CO(g) oxidation rate and hence discuss the implications for the atmospheric CO_2(g) budget. We apply a numerical integration scheme based on the Gear method to a system of seven chemical equations to investigate the rate of CO(g) oxidation via the hematite mechanism. Results suggest the mechanism has a potentially important influence on the evolution of hot atmospheres of terrestrial-type planets, especially for temperatures above about 550 K. The abundance of CO(g) was found to be not important for the rate of CO oxidation, whereas the abundance of O_2(g) begins to play a role above about 10~(-5) volume mixing ratio. Above about 550 K, the efficiency of CO(g) oxidation increases because the rate determining step involving CO_2 desorption is faster. Subsequently switching off the rather uncertain rate of diffusion of 0 atoms from the crystal bulk to the surface led to a strong lowering in reaction rates and a stronger dependency of the CO(g) oxidation rate upon O_2(g). For example, on increasing the volume mixing ratio of O_2(g) from 10~(-3) to 10~(-4) for a scenario without diffusion (with Venus-like surface conditions) the percentage conversion of initial CO(g) into CO_2(g) increased from ～30% up to ～60%.
机译：赤铁矿表面矿物在高温CO_2系外行星大气中的稳定性起着关键作用。在以前的工作中，我们应用了一种异质机制，将大气中的CO（g）氧化为赤铁矿表面上的行星大气中的CO_2（g）。在这项工作中，我们通过这种“赤铁矿机制”计算了太阳系内外特定行星大气情景的CO_2（g）生产率。我们对赤铁矿机理进行一般参数研究，在其中我们改变关键的初始变量（CO和O_2气相丰度）和温度，压力，从而覆盖了地球行星大气的各种条件。我们研究了CO（g）氧化速率的响应，因此讨论了对大气CO_2（g）预算的影响。我们将基于Gear方法的数值积分方案应用于七个化学方程式系统，以研究通过赤铁矿机理氧化CO（g）的速率。结果表明，该机制可能对陆地型行星的热大气的演化具有潜在的重要影响，尤其是对于温度高于550 K的行星。发现大量的CO（g）对CO的氧化速率并不重要，而在约10〜（-5）体积混合比以上，O_2（g）的丰度开始发挥作用。在大约550 K以上，由于涉及CO_2解吸的速率确定步骤更快，因此CO（g）氧化效率提高。随后关闭了0个原子从晶体本体到表面的相当不确定的扩散速率，这导致反应速率大大降低，并且CO（g）氧化速率对O_2（g）的依赖性更大。例如，在没有扩散的情况下（在类似金星的表面条件下），将O_2（g）的体积混合比从10〜（-3）增加到10〜（-4）时，初始CO（g）的转化率进入CO_2（g）的比例从〜30％增加到〜60％。

著录项

  • 来源
    《Planetary and space science》 |2013年第8期|14-19|共6页
  • 作者

    John Lee Grenfell; Joachim W. Stock; A. Beate C. Patzer;

  • 作者单位

    Zentrum fuer Astronomie und Astrophysik, Technische Universitat Berlin (TUB), Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin, Germany Institut fuer Planetenforschung, Deutsches Zentrum fuer Luft- und Raumfahrt (DLR), Rutherford Str. 2,12489 Berlin, Germany;

    Institut fuer Planetenforschung, Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt (DLR), Rutherford Str. 2, 12489 Berlin, Germany Instituto de Astrofisica de Andalucia, IAA-CSIC, Granada, Spain;

    Zentrum fuer Astronomie und Astrophysik, Technische Universitat Berlin (TUB), Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin, Germany;

  • 收录信息
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    Exoplanet; Atmosphere; CO_2 stability; Hematite;

    机译：系外行星大气层;CO_2稳定性;赤铁矿;

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