火星尘埃事件期间固体/气体碳酸盐的形成

　　形成碳酸盐的途径包括四个步骤:1)气态物质从卤素和/或高氯酸盐中释放出来；2)发生大气电离或离解；3)游离物质(CO2+、CO+)和不同氧化剂之间发生气相反应，产生不同的碳酸盐物质；4)碳酸盐沉积在火星表面物质上。Credit: Science China Press

　　据美国物理学家组织网（by Science China Press）：由中国山东大学傅晓辉博士和吴忠臣博士领导的联合研究小组在模拟实验研究的基础上提出了火星尘埃活动中新的碳酸盐形成机制。

　　碳酸盐是地球上水过程的一般产物。对于火星来说，碳酸盐矿物被认为是早期高密度二氧化碳大气的汇。轨道光谱调查已经在火星表面几个孤立的地方发现了碳酸盐。轨道飞行器和漫游者都在现代全球尘埃中发现了微量的碳酸盐。

　　然而，它们的来源和形成机制仍不清楚。该小组假设碳酸盐可以在火星尘埃活动期间通过电化学过程在富含CO2的大气中直接形成。

　　为了测试这一点，他们模拟了类似火星大气条件下的静电放电(ESD)。在火星尘埃中发现的各种矿物(硅酸盐、钙硫酸盐、卤素矿物和(过)氯酸盐)暴露在火星室内的静电放电过程中。在以卤化物(NaCl、MgCl2、NaBr)和(过)氯酸盐(NaClO3、NaClO4)作为起始矿物的ESD反应过程中，通过拉曼和中红外光谱鉴定了新生成的碳酸盐。

　　基于模拟实验，他们提出了尘埃活动期间的气固非均相电化学反应，作为火星碳酸盐形成的新机制。“火星上碳酸盐露头的形成和稀少至今仍是个谜。与传统的碳酸盐形成机制不同，火星尘埃活动中ESD诱导的固气相互作用与液态水无关，”傅说。

　　尘埃活动产生的电化学过程可以从火星大气中清除大量的二氧化碳气体，并在地质时标内储存起来。至少从亚马逊河流域早期到现在，火星大气中的二氧化碳似乎已经固化为碳酸盐。“这些令人兴奋的新结果增加了越来越多的证据，即至少从亚马逊河早期到现在的火星上，大气CO2被固化为碳酸盐，”吴说。

　　亚马逊时代火星尘埃活动封存的CO2总量是根据ESD实验的碳酸盐产量估算的，在过去的3.0 Ga中，火星尘埃活动可能将约0.56 mbar的CO2转化为碳酸盐。

　　火星尘埃活动在现今的火星上频繁发生。它们持续很长时间，覆盖了火星的大部分地区。这项研究进一步表明，火星表面和大气之间仍然存在活跃的化学相互作用。火星的尘埃活动在当今火星的火星大气和碳/氯循环的演变中起着关键作用。

　　这篇论文发表在《国家科学评论》杂志上。