Солнце ни при чем: ученые смоделировали образование перхлоратов на Марсе

Образованию перхлоратов (солей хлорной кислоты) на Марсе могут способствовать пыльные вихри, 29 октября сообщает научный портал Science со ссылкой на статью китайских и американских ученых в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Ученые отталкивались от расчетов, моделирующих фотохимическое образование этих соединений под действием ультрафиолетового излучения. По этим расчетам выходило, что влияния солнечной радиации явно недостаточно для образования того количества перхлоратов, которое найдено в марсианских отложениях. Исследователи предположили, что искомые вещества образуются на Красной планете из атмосферных газов и хлоридных минералов под действием локальных электрических полей, возникающих в эпицентре так называемых «дьявольских» пыльных вихрей.

Для проверки своей гипотезы ученые частично сымитировали такой пыльный вихрь в лабораторных условиях. С этой целью над хлоридом натрия (NaCl) пропускали газовую смесь, содержащую 95% углекислого газа (CO₂), 2% азота (N₂), 2% аргона (Ar) и 1% кислорода (O₂), что соответствует составу марсианской атмосферы. Давление и температура в реакционном сосуде поддерживались на том же уровне, что и на поверхности Красной планеты, а напряженность приложенного электрического поля варьировалась от 60 до 166 кВ/м (киловольт на метр).

Спустя некоторое время в газовой смеси обнаружились свободные радикалы (реакционноспособные частицы с неспаренными электронами), которые затем окисляли хлорид натрия до хлората (NaClO₃) и перхлората (NaClO₄). В сходном эксперименте, где вместо электрического поля применялось ультрафиолетовое излучение, NaCl окислялся до NaClO₄ в 10³ раз медленнее. С поправкой на марсианский уровень солнечной радиации это означает, что перхлораты на Красной планете образуются в пыльных бурях до 10 миллионов раз (10⁷) быстрее, чем при участии ультрафиолета. Это как раз соответствует разнице в 7 порядков между реальным и расчетным количеством этих солей в марсианских отложениях.

Отметим, что перхлораты являются солями хлорной кислоты HClO₄. В пробах марсианского грунта их впервые обнаружил в 2008 году американский аппарат Phoenix. Поначалу ученые думали, что эти соединения занесены на Красную планету вместе с компонентами ракетного топлива. Однако позднейшие экспедиции с участием марсоходов Viking и Curiosity подтвердили, что находка не была артефактом, и перхлораты действительно присутствуют в марсианских породах.

На Земле перхлораты обычно встречаются в пустынных отложениях, где, как правило, сопутствуют нитратам (солям азотной кислоты). На нашей планете эти соединения найдены в куда меньших количествах, чем на Марсе. Для сравнения: массовое отношение перхлоратов к хлоридам (ClO₄^-/Cl^-) в марсианских породах может превышать 4, а в земных — редко достигает 10^-3–10^-6. Рекордное количество этих солей обнаружено в образцах отложений из чилийской пустыни Атакама, где упомянутое отношение составляет 2∙10^-3.

Отметим также, что перхлораты щелочных металлов применяются как окислители твердого ракетного топлива. Именно поэтому их обнаружение в марсианских отложениях поначалу обескуражило ученых, которые по-прежнему надеются найти признаки жизни на Красной планете. Однако недавние данные с марсохода Curiosity свидетельствуют, что перхлораты в условиях Марса могут сосуществовать с органическими соединениями, не окисляя их.