De stroomstoot in de stofstormen van Mars helpt bij het vormen van de enorme hoeveelheden perchloraat die in de bodem van de planeet worden gevonden, volgens nieuw onderzoek van de Washington University in St. Louis.

Het is geen bliksem, maar een andere vorm van elektrostatische ontlading die de sleutel vormt in de wereldwijde distributie van de reactieve chemische stof, zei Alian Wang, onderzoekshoogleraar bij de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen in Arts &Sciences.

"We hebben een nieuw mechanisme gevonden dat kan worden gestimuleerd door een soort atmosferische gebeurtenis die uniek is voor Mars en die vaak voorkomt, duurt erg lang en beslaat grote delen van de planeet, dat wil zeggen:stofstormen en stofduivels, " zei Wang. "Het verklaart de unieke, hoge concentratie van een belangrijke chemische stof in de bodem van Mars en dat is van groot belang bij het zoeken naar leven op Mars."

Het nieuwe werk is een experimenteel onderzoek dat de omstandigheden op Mars simuleert in een laboratoriumkamer op aarde.

Verrassende hoeveelheid van een reactieve chemische stof

Toen NASA's Phoenix Mars Lander op de planeet arriveerde op zoek naar omgevingen die geschikt waren voor microbieel leven, onderzoekers waren verrast om hoge concentraties perchloraten in de bodem te vinden, variërend van 0,5 tot 1,0 procent.

Een populaire misvatting in die tijd bracht sommige mensen ertoe te geloven dat perchloraten alle Mars-microben zouden doden. In werkelijkheid, sommige microben kunnen perchloraten als energiebron gebruiken, hoewel perchloraten giftig zijn voor de mens.

Het perchloraation - gemaakt van één chlooratoom en vier zuurstofatomen - is stabiel, maar chloraat, een verwante chemische stof met slechts drie zuurstofatomen, is een sterke oxidator zoals aangetoond door Kaushik Mitra, een afgestudeerde student aan de Washington University in aard- en planetaire wetenschappen.

Wang's nieuwe onderzoek toont aan dat chloraat het eerste en belangrijkste product is in de route van faseovergangen van chloride naar perchloraat tijdens meerfasige redoxplasmachemie - het nieuwe mechanisme dat voor het eerst werd beschreven op 15 oktober in het tijdschrift Aardse en planetaire wetenschapsbrieven .

Een bron van energie in de storm

Op aarde, natuurlijk voorkomende perchloraten worden gevormd door fotochemische reacties die worden aangedreven door zonlicht. Ze zijn zeldzaam, maar ze bestaan ​​wel:op deze manier gewonnen perchloraten zijn gevonden in de bodem van hyperdroge gebieden op aarde, zoals de Atacama-woestijn in Chili, De droge valleien van Antarctica of het Qaidam-bekken op het Tibet-plateau, bijvoorbeeld. Maar Mars heeft ongeveer 10 miljoen keer meer perchloraten in zijn bodem dan alleen zou worden voorspeld door dit soort fotochemie.

Modelbouwers suggereerden dat bliksem de energie zou kunnen leveren voor deze chemische reacties op Mars. Maar Wang en haar Washington University-team, waaronder Kun Wang (geen familie), universitair docent aard- en planeetwetenschappen; Jennifer Houghton, onderzoekwetenschapper; en Chuck Yan, technisch technicus - waren de eersten die een daadwerkelijke experimentele simulatie maakten die een opbrengst aan chloraat/perchloraat aantoonde van 1, 000 keer de opbrengst die wordt gegenereerd door fotochemie in het laboratorium.

Dit werk werd voltooid in samenwerking met Z.C. Wu van het Institute of Space Science, Shandong-universiteit in China; William Farrell bij NASA Goddard Space Flight Center; en Andrew Jackson aan de Texas Tech University.

De onderzoekers ontwierpen twee sets experimenten met behulp van een simulator genaamd de Planetary Environment and Analysis Chamber (PEACh), het creëren van een Mars-achtige atmosfeer met vergelijkbare druk- en temperatuuromstandigheden.

In de Marsachtige atmosfeer met lage dichtheid, die minder dan één procent van de atmosferische druk van de aarde heeft, Het is minder waarschijnlijk dat geladen deeltjes zich op een afstand ophopen om de dramatische bliksemboog te vormen. In plaats daarvan, windgebeurtenissen die zand en stof vervoeren, hebben meer kans om elektrische velden nabij het oppervlak te ontwikkelen die resulteren in ofwel Townsend Dark Discharge, een effect dat niet zichtbaar is, of normale glimontlading - die verschijnt, net zoals het klinkt, als een vage gloed.

"Als een foto 's avonds is gemaakt zonder zonlicht, de normale glimontlading moet worden gezien in de vorm van een zwak licht en kan langer duren dan bliksem, " zei Alian Wang. "Eigenlijk, Ik heb een atmosferische wetenschapper die aan de Curiosity-rover werkt voorgesteld om een ​​avondfotoreeks te ontwerpen om stofduivels te vangen!"

In de Marskamer in het laboratorium, het onderzoeksteam observeerde de onmiddellijke vorming van vrije radicalen - moleculen met zeer reactieve ongepaarde elektronen - in normale glimontlading, gedetecteerd door in situ plasma-emissiespectroscopie. Ze maten ook de overgang van chloride naar chloraat, en vervolgens perchloreren door interactie met de vrije radicalen, met behulp van laser Raman-spectroscopie.

De tekenen van leven maskeren

Gemiddeld, wereldwijde stofstormen op Mars komen eens in de twee Marsjaren voor, terwijl er elk jaar regionale en lokale stofstormen plaatsvinden.

Wang en haar team zijn ervan overtuigd dat hun resultaten kunnen worden opgeschaald naar algemene Mars-omstandigheden en onderzoekers kunnen helpen de grote concentraties van deze chemicaliën in de bodem van Mars te begrijpen.

Bovendien, Wang suggereert, chloraten die in grote hoeveelheden tijdens stofgebeurtenissen worden geproduceerd, kunnen als aaseters werken, reageren met andere oppervlaktechemicaliën op zo'n manier dat ze de biosignaturen van actieve microben "opruimen" - het bewijs van leven op Mars maskeren of wissen.

"Deze studie opent een deur. Het demonstreert de sterke oxidatiekracht van elektronen in het elektrostatische ontladingsproces dat wordt gegenereerd door stofgebeurtenissen, "Zei ze. "Het suggereert dat elektrostatische ontlading bij stofgebeurtenissen van Mars veel andere redox-processen in de Mars-atmosfeer en het Mars-oppervlak en -ondergrond kan beïnvloeden, zoals ijzer- en zwavelsystemen."