La zip dell'elettricità nelle tempeste di polvere marziana aiuta a formare le enormi quantità di perclorato che si trovano nei suoli del pianeta, secondo una nuova ricerca della Washington University di St. Louis.

Non è un fulmine, ma un'altra forma di scarica elettrostatica che dà il colpo di grazia alla distribuzione planetaria della sostanza chimica reattiva, ha detto Allian Wang, professore di ricerca presso il Dipartimento di Scienze della Terra e del Pianeta in Arts &Sciences.

"Abbiamo scoperto un nuovo meccanismo che può essere stimolato da un tipo di evento atmosferico unico su Marte e che si verifica frequentemente, dura molto a lungo e copre vaste aree del pianeta, cioè tempeste di polvere e diavoli di polvere, " Wang ha detto. "Spiega l'unico, alta concentrazione di un'importante sostanza chimica nei suoli marziani e questo è altamente significativo nella ricerca della vita su Marte".

Il nuovo lavoro è uno studio sperimentale che simula le condizioni marziane in una camera di laboratorio sulla Terra.

Quantità sorprendente di una sostanza chimica reattiva

Quando il Phoenix Mars Lander della NASA è arrivato sul pianeta alla ricerca di ambienti adatti alla vita microbica, i ricercatori sono stati sorpresi di trovare alte concentrazioni di perclorati nel terreno, che vanno dallo 0,5 all'1,0 percento.

Un malinteso popolare all'epoca portò alcune persone a credere che i perclorati avrebbero ucciso tutti i microbi marziani. In realtà, alcuni microbi sono in grado di utilizzare i perclorati come fonte di energia, sebbene i perclorati siano tossici per l'uomo.

Lo ione perclorato, costituito da un atomo di cloro e quattro atomi di ossigeno, è stabile, ma clorato, una sostanza chimica correlata con solo tre atomi di ossigeno, è un forte ossidante come dimostrato da Kaushik Mitra, uno studente laureato della Washington University in scienze della terra e planetarie.

La nuova ricerca di Wang mostra che il clorato è il primo e principale prodotto nel percorso delle transizioni di fase da cloruro a perclorato durante la chimica del plasma redox multifase:il nuovo meccanismo descritto per la prima volta il 15 ottobre nella rivista Lettere di Scienze della Terra e dei Pianeti .

Una fonte di energia nella tempesta

Sulla terra, i perclorati naturali sono formati da reazioni fotochimiche alimentate dalla luce solare. sono rari, ma esistono:i perclorati ottenuti in questo modo sono stati trovati nei suoli delle regioni iper aride della Terra, come il deserto di Atacama in Cile, Le valli secche dell'Antartide o il bacino di Qaidam sull'altopiano del Tibet, Per esempio. Ma Marte ha circa 10 milioni di volte più perclorati nel suo suolo di quanto sarebbe previsto solo con questo tipo di fotochimica.

I modellisti hanno suggerito che i fulmini potrebbero fornire l'energia per queste reazioni chimiche su Marte. Ma Wang e il suo team della Washington University, che include Kun Wang (nessuna parentela), professore assistente in scienze della terra e planetarie; Jennifer Houghton, ricercatore; e Chuck Yan, tecnico di ingegneria:sono stati i primi a creare una simulazione sperimentale effettiva che ha dimostrato una resa di clorato/perclorato pari a 1, 000 volte la resa generata dalla fotochimica in laboratorio.

Questo lavoro è stato completato in collaborazione con Z. C. Wu presso l'Institute of Space Science, Università di Shandong in Cina; William Farrell al Goddard Space Flight Center della NASA; e Andrew Jackson alla Texas Tech University.

I ricercatori hanno progettato due serie di esperimenti utilizzando un simulatore chiamato Planetary Environment and Analysis Chamber (PEACh), creando un'atmosfera simile a Marte con condizioni di pressione e temperatura simili.

Nell'atmosfera a bassa densità simile a Marte, che ha meno dell'uno per cento della pressione atmosferica della Terra, le particelle cariche hanno meno probabilità di accumularsi a distanza per formare il drammatico arco di picchi del fulmine. Anziché, gli eventi del vento che trasportano sabbia e polvere hanno maggiori probabilità di sviluppare campi elettrici vicino alla superficie che si traducono in Townsend Dark Discharge, un effetto che non è visibile, o normale scarica luminosa, che appare, proprio come suona, come un tenue bagliore.

"Se una foto è stata scattata di sera senza luce solare, la normale scarica a bagliore dovrebbe essere vista sotto forma di una luce debole e può durare più a lungo di un fulmine, "Alian Wang ha detto. "In realtà, Ho suggerito a uno scienziato dell'atmosfera che sta lavorando sul rover Curiosity di progettare una sequenza fotografica serale per catturare i diavoli di polvere!"

Nella camera di Marte in laboratorio, il team di ricerca ha osservato la generazione istantanea di radicali liberi, molecole con elettroni spaiati altamente reattivi, nella normale scarica a bagliore, rilevata mediante spettroscopia di emissione di plasma in situ. Hanno anche misurato la transizione del cloruro in clorato, e poi perclorare attraverso l'interazione con i radicali liberi, utilizzando la spettroscopia laser Raman.

Mascherare i segni della vita

In media, tempeste di polvere globali su Marte si verificano una volta ogni due anni marziani, mentre tempeste di polvere regionali e locali si verificano ogni anno.

Wang e il suo team sono fiduciosi che i loro risultati possano essere adattati alle condizioni generali di Marte e possano aiutare i ricercatori a comprendere le grandi concentrazioni di queste sostanze chimiche nei suoli marziani.

Cosa c'è di più, Wang suggerisce, i clorati prodotti in grandi quantità durante gli eventi di polvere potrebbero agire come spazzini, reagendo con altre sostanze chimiche di superficie in modo tale da "ripulire" le biofirme dei microbi attivi, mascherando o cancellando le prove della vita su Marte.

"Questo studio apre una porta. Dimostra il forte potere di ossidazione degli elettroni nel processo di scarica elettrostatica generato da eventi di polvere, " ha detto. "Suggerisce che le scariche elettrostatiche negli eventi di polvere marziana possono influenzare molti altri processi redox nell'atmosfera di Marte e nella superficie e nel sottosuolo di Marte, come anche i sistemi di ferro e zolfo."