Ученые объяснили, почему Марс активно производит яд

Фото из открытых источников

Химия на других планетах сильно отличается от земной. Большая часть земной химии обусловлена хорошо изученными процессами, которые обычно включают воду и тепло в той или иной форме. На Марсе отсутствуют оба этих фактора, что делает вопрос о том, как некоторые из его химических веществ стали предметом постоянных дискуссий в научном сообществе. Новая статья, написанная Алианом Ваном и Нилом Стурчио из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Делавэрского университета соответственно и опубликованная в журнале Earth and Planetary Science Letters, предлагает новую концепцию понимания химических реакций на Марсе. Несмотря на различия, земляне по-прежнему знакомы с движущей силой марсианской химии — электричеством.

Различные марсоходы и орбитальные аппараты на Марсе и вокруг него заметили необычный изотопный дисбаланс на поверхности Красной планеты. Изотопный дисбаланс может возникнуть, когда соотношение двух различных изотопов определенного элемента отклоняется от ожидаемых естественных соотношений. В частности, на Марсе, по-видимому, отсутствуют «тяжелые» изотопы некоторых наиболее распространенных элементов — хлора, кислорода и углерода.

Например, содержание хлора-37, «тяжелого» изотопа этого элемента, на 51 промилле (ppt) меньше, чем ожидалось бы на поверхности Марса. Учитывая, что он является ключевым компонентом опасных «перхлоратов», представляющих собой одну из главных угроз для долгосрочных биологических систем, обитающих на Марсе (таких как люди), понимание причин этого дисбаланса имеет решающее значение для понимания того, как мы можем смягчить угрозу, которую представляют эти химические вещества.

Изотопный дисбаланс углерода (11,4 промилле) и кислорода (22,8 промилле) выражен менее значительно, но не менее важен. Оба вещества являются ключевыми компонентами для образования карбонатов, которые предыдущие поколения ученых считали свидетельством существования жидкой воды на поверхности планеты. Так что же вызывает эти дисбалансы? И какое отношение к этому имеет электричество?

Еще одна распространенная особенность поверхности Марса — это знаменитые пылевые бури. Эти массивные бури занимают значительную часть поверхности планеты в определенные сезоны. Они также образуют мини-вихри, похожие на миниатюрные торнадо. Важно отметить, что эти бури, и особенно эти вихри, заставляют поднимаемую ими марсианскую пыль тереться друг о друга, в конечном итоге накапливая электростатический заряд, подобно тому, что происходит, когда вы трете воздушный шарик о голову.

Однако в более слабой атмосфере Марса относительно легко преодолеть диэлектрическую постоянную самой атмосферы, что приводит к образованию небольших «дуг», знакомых каждому, кто когда-либо играл под одеялом в сухой комнате ночью. Эти дуги, технически известные как электростатические разряды, или ЭСР, являются движущей силой одного из основных химических циклов на Марсе, согласно новой статье.

Авторы создали несколько испытательных камер, включая камеру для анализа и изучения планетарной среды (PEACh), специально для проверки реакции солей, обычно встречающихся на Марсе, на электричество, возникающее во время пылевой бури. Они обнаружили, что электрические разряды, происходящие во время пылевых бурь, создают высокоэнергетические электроны, которые сталкиваются с CO2, составляющим марсианскую атмосферу. При этом образуются реактивные радикалы, такие как CO и O. Затем эти свободные радикалы связываются с хлоридными солями, присутствующими на поверхности, притягивая к ним кислород и превращая хлор в перхлораты — смертельно опасное вещество, которого предпочли бы избегать углеродсодержащие формы жизни.

Но это объясняет их происхождение. Тот же процесс происходит и с карбонатами, которые, как обычно считалось, образуются из жидкой воды. Но, как и их хлорированные аналоги, похоже, что широкий спектр химических веществ марсианского происхождения может образовываться лишь под воздействием статических разрядов во время пылевой бури.

Эти данные гораздо точнее согласуются с наблюдениями на месте и дистанционными наблюдениями, в частности, с более низкой плотностью «тяжелых» изотопов, которые они обнаружили. Электрический разряд действует как «фильтр», отбирая более легкие атомы для участия в химических реакциях, которые образуют соединения, зафиксированные марсоходами, такими как Curiosity, и орбитальными аппаратами, такими как ExoMars. Физические процессы, лежащие в основе этого процесса, сложны, но, само собой разумеется, идея о том, что химические циклы на Марсе обусловлены электрическим разрядом, возникающим из пыли, очень хорошо согласуется с данными.

Подобные реакции, вызванные электрическим разрядом, находят применение не только на Марсе. Венера, некоторые внешние газовые гиганты и даже наша Луна могут иметь свои собственные версии химических цепочек реакций, вызванных электрическим разрядом. Хотя это означает, что предстоит еще много исследований, это также служит предостережением для будущих исследователей Марса. Электрический разряд — это непрерывный, активный процесс, являющийся частью естественного холодного климата Марса. Это означает, что там постоянно образуются перхлораты — смертельно опасные химические вещества, которые вполне могут помешать нашим попыткам создать постоянную базу на Красной планете.

Хотя это, безусловно, не является препятствием для дальнейших исследований, нам необходимо об этом помнить. Но авторы, конечно же, не закончили свои исследования влияния небольших электрических разрядов на химические реакции во всей Солнечной системе. В ближайшее время ожидайте новых статей о том, как электрические разряды на Венере влияют на химический состав поверхности этой планеты.