火星沙尘暴中的电力可能是行星氯循环的主要驱动力

摩擦带电是太阳系中的一个常见过程，已知火星尘埃活动是电荷积累的强大来源。此外，这颗红色星球上稀薄的大气层使得累积电场以静电放电的形式发生击穿，更容易发生——比地球容易一百倍。静电放电会产生大量高能电子，这些电子会与火星大气分子发生碰撞并产生自由基。这些自由基与火星氯化物反应生成新物种。在新的研究中，行星科学家发现静电放电过程中(高)氯酸盐、碳酸盐和氯的产量，其强度与中等强度的火星尘埃活动相匹配，处于千分之一或百分之一的水平。

“火星上的放电可能看起来更像是微弱的光，”圣路易斯华盛顿大学的行星科学家 Alian Wang 教授说。

“它可能有点像地球极地地区的极光，高能电子在那里与稀薄的大气物质发生碰撞。”

行星科学家认为氯是可在火星上移动的五种元素之一。其他的是氢、氧、碳和硫。

这意味着不同形式的氯在火星表面和大气层之间来回移动。

在地面上，氯化物沉积物很普遍;它们很可能是在火星的早期历史中形成的，是从盐水中沉淀出来的氯化物盐。

在他们的新研究中，王教授及其同事表明，将氯从地面转移到火星空气中的一种特别有效的方法是通过火星尘埃活动产生的放电引发的反应。

作者进行了一系列实验，从普通氯化物中获得高产量的氯气——所有这些都是通过在类似火星的条件下用放电破坏固体盐来实现的。

“这项研究揭示了氯从普通氯化物中的高释放率，这表明将表面氯化物转化为我们现在在大气中看到的气相的有前途的途径，”开放大学研究员凯文奥尔森博士说。

“这些发现支持火星尘埃活动可以推动全球氯循环。”

“借助 ExoMars 微量气体轨道器，我们看到与全球和区域沙尘暴同时发生的重复季节性活动。”

“反应速度非常快。重要的是，在短时中强度静电放电过程中释放的氯气处于百分比水平，”王教授说。

“这意味着在七个小时的模拟静电放电实验中，每 100 个氯化物分子中至少有一个被分解，然后将其氯原子释放到大气中。”

“类似但略低，碳酸盐和高氯酸盐的形成率处于亚百分比和千分之一的水平。”

这些高产量使团队相信火星尘埃活动可能与火星任务最近揭示的三种全球现象有关。

“放电可能与火星表土中全球范围内极高浓度的高氯酸盐和碳酸盐有关，”王教授说。

“从数量上讲，观察到的浓度范围的高端可以通过沙尘暴引起的放电在不到一半的亚马逊时期内积累，亚马逊时期是火星历史上最近的时期，据认为它始于大约 30 亿年前”

“此外，假设 1 到 10 厘米厚的火星表面尘埃会被尘埃吹起，在 2018 年和 2019 年沙尘季期间，从氯化物中释放出的氯原子的高产量可以解释在火星大气中观察到的高浓度氯化氢。一场全球沙尘暴。”

“据我们所知，没有其他工艺可以做到这一点，尤其是在氯释放量如此之高的情况下。”

该研究发表在《地球物理研究快报》杂志上。