Недавнее исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Science Letters, предложило новую модель химических процессов на поверхности Марса, объясняющую, почему на Красной планете формируются токсичные химические соединения, включая перхлораты — вещества, опасные для живых организмов и представляющие собой серьёзный фактор риска для будущих пилотируемых миссий. Эта работа объясняет, как электрические разряды во время марсианских пылевых бурь приводят к образованию таких соединений, что позволяет учёным лучше понять марсианскую химию и её последствия для исследований.
Химия Марса отличается от земной
На Земле многие химические процессы связаны с водой и теплом: вода служит растворителем и участником реакций, а тепло обеспечивает энергию для их протекания. Однако Марс — это сухой, холодный мир с атмосферой, состоящей преимущественно из углекислого газа, и без значительных источников жидкой воды на поверхности. Такие условия делают марсианскую химию принципиально иной по сравнению с земной.
Ключевым наблюдением, которое учёные пытались объяснить, является аномальное соотношение изотопов на поверхности: лёгкие и тяжёлые изотопы элементов хлора, кислорода и углерода находятся в пропорциях, которые трудно объяснить традиционными геологическими процессами. Например, тяжёлый изотоп хлора (Cl-37) на Марсе обнаруживается в количестве примерно на 51 часть на тысячу меньше, чем ожидалось, исходя из ожидаемых природных соотношений.
Электростатические разряды в марсианской атмосфере
Одной из характерных особенностей Марса являются масштабные пылевые бури, которые могут охватывать значительные площади поверхности и даже всю планету. Частицы пыли, вращающиеся и трениящиеся в этих бурях, накапливают электростатический заряд — аналогично тому, как при натирании кожи шариком наэлектризованная поверхность может вызвать «искру».
Из-за низкой плотности марсианской атмосферы эти заряды сравнительно легко преодолевают электрический пробой воздуха, что приводит к образованию малых электрических разрядов (ESD, electrostatic discharges). Эти разряды похожи на микроскопические молнии и сопровождаются высокоэнергетическими электронами, которые вступают в химические реакции с газами атмосферы и поверхностным материалом.
Механизм образования токсичных соединений
В лабораторных условиях, имитирующих марсианскую атмосферу и пылевые условия, учёные моделировали реакции, возникающие под действием таких электростатических разрядов. Они обнаружили, что:
- высокоэнергетические электроны взаимодействуют с главным компонентом марсианской атмосферы — CO₂, образуя реактивные радикалы, такие как CO и O;
- эти радикалы затем взаимодействуют с хлоридными солями (например, NaCl), которые уже присутствуют в марсианском реголите;
- результатом таких реакций становится образование перхлоратов (ClO₄-) — устойчивых и **токсичных соединений, опасных для органических систем и живых организмов;
- аналогичные процессы приводят также к формированию карбонатов, ранее связывавшихся учёными с древними запасами жидкой воды, что теперь может иметь абитический источник.
Таким образом, электрически обусловленные реакции при пылевых бурях могут быть основным источником этих химических видов, а не наличие воды или геотермальной активности.
Связь с изотопными аномалиями
Такие ESD-процессы также объясняют наблюдаемые изотопные аномалии:
- электрические разряды действуют как селективный фильтр, в котором лёгкие изотопы чаще вовлекаются в химические реакции, чем тяжёлые;
- это приводит к тому, что тяжёлые изотопы элементов, таких как Cl-37, оказываются в дефиците в результате реакций, соответствуя данным, полученным марсоходами и орбитальными спектрометрами.
Уровни таких изотопных соотношений совпадают с теми, которые фиксировали миссии вроде Curiosity и орбитальные зондовые аппараты, подтверждая предложенный механизм.
Значение перхлоратов для будущих миссий
Перхлораты — это химические компоненты, давно известные на Марсе благодаря анализу проб грунта марсоходами. Они:
- являются сильными окислителями и проявляют токсичность для живых тканей и биологических систем;
- способны интерферировать с обменом веществ живых организмов, поскольку ионы перхлората нарушают нормальные функции клеток;
- в сочетании с высоким уровнем ультрафиолетового излучения на поверхности делают марсианский реголит весьма небезопасной средой для земных форм жизни.
Исследования показывают, что при воздействии ультрафиолета перхлораты становятся ещё более бактерицидными — они способны убивать микробные клетки за очень короткое время, особенно в сочетании с другими компонентами марсианской поверхности, такими как окислы железа.
Перспективы и предупреждения
То, что химические процессы на Марсе — включая формирование токсичных веществ — продолжаются сегодня, а не являются реликтом прошлого, имеет несколько важных последствий:
- Стратегии планетарной защиты и подготовка к будущим миссиям (как роботизированным, так и пилотируемым) должны учитывать постоянное образование новых порций перхлоратов;
- оборудование, системы жизнеобеспечения и планы по добыче ресурсов на месте потребуют дополнительных мер по борьбе с токсичными химическими соединениями;
- понимание динамики марсианской химии позволяет лучше моделировать потенциальные условия для микробиологии, если таковая когда-либо существовала или появится под поверхностью.
Модель, предложенная коллективом учёных, открывает новый взгляд на марсианскую химическую активность, подчёркивая роль электрохимических процессов в формировании соединений, которые ранее связывались с водной историей планеты.
Заключение
Новые исследования показывают, что Марс не только сохранил токсичные химические соединения, но и продолжает их активно формировать благодаря электрохимическим процессам, вызванным электростатическими разрядами в пылевых бурях. Это объясняет изотопные аномалии и присутствие перхлоратов на поверхности, а также показывает, что химические циклы на Красной планете работают иначе, чем на Земле, и продолжают действовать сегодня.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
