近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源研究技術(shù)平臺穆斯堡爾譜研究組研究員王軍虎團(tuán)隊與中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所月球與行星科學(xué)研究中心趙宇鴳副研究員團(tuán)隊合作，并聯(lián)合國內(nèi)外物理化學(xué)和行星科學(xué)領(lǐng)域?qū)W者，通過模擬火星實(shí)驗(yàn)和穆斯堡爾譜表征研究，揭示了次生鐵礦物對火星氯氧化物形成及其環(huán)境宜居性的重要影響。
科學(xué)家對火星就位探測和隕石分析發(fā)現(xiàn)，火星表面普遍存在氯氧化物（ClOx-）。高氯酸鹽（ClO4- ；Cl為+7價）和氯酸鹽（ClO3-；Cl為+5價）是氯氧化物的兩種穩(wěn)定形態(tài)。氯氧化物可以使水在-70 C依然保持液態(tài)，參與火星表面的氧化還原過程，還可作為某些微生物的能量來源等。弄清火星上氯氧化物的主要形態(tài)、分布特征和環(huán)境效應(yīng)，對火星土壤-大氣界面的氯循環(huán)以及火星有機(jī)物探測、未來載人探火的危害評估和就位資源利用等有著重要意義。
ClO4-或ClO3-在火星不同環(huán)境中生成的主導(dǎo)特征
聯(lián)合團(tuán)隊此次對ClO4-和ClO3-生成比的控制因素開展了實(shí)驗(yàn)研究。著重考察了純氯化鈉，氯化鈉與鐵硫酸鹽、鐵（氫）氧化物及含鐵黏土的混合物，在紫外+地球大氣、紫外+純二氧化碳大氣和臭氧氧化下的氯氧化物產(chǎn)物特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與不同類型鐵次生礦物混合時，ClO3-/ClO4-生成比具有明顯差異。在紫外和臭氧作用下，當(dāng)氯鹽與鐵硫酸鹽和含鐵黏土混合，氧化產(chǎn)物以ClO4-為主；當(dāng)純氯鹽或氯鹽與鐵（氫）氧化物混合，氧化產(chǎn)物以ClO3-為主。臭氧與紫外條件下的結(jié)果基本一致。穆斯堡爾譜表征結(jié)果顯示，四方纖鐵礦（FeO(OH,Cl)）在紫外+地球大氣和臭氧氧化后，分解形成包含四方纖鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦和一種鐵氫氧化物過渡相；所釋放的氯離子（Cl-）在這些鐵礦物組合的氧化催化作用下，可被進(jìn)一步氧化形成以ClO3-主的氯氧化物。
以上的研究表明，火星干旱氣候及廣泛分布鐵（氫）氧化物，會使火星表面產(chǎn)生高出ClO4-多個數(shù)量級的ClO3-，從而凸顯出氯酸鹽在現(xiàn)代火星表面環(huán)境和宜居性討論中的重要性。
相關(guān)研究成果以“Preferential Formation of Chlorate over Perchlorate on Mars Controlled by Iron Mineralogy”為題，發(fā)表在Nature Astronomy上。上述研究工作得到了中科院B類先導(dǎo)專項“類地行星的形成演化及其宜居性”、國家自然科學(xué)基金、民用航空航天技術(shù)預(yù)研項目、中科院國際伙伴計劃等項目的資助。
