沙尘暴严重危害。虽然较小的风暴和沙尘暴经常发生,但较大的风暴和沙尘暴每年都会发生(在南半球的夏季),并且可以覆盖大陆大小的地区数周。
每三个火星年(大约五个地球年),风暴就会变得足够大,足以包围整个地球,并持续长达两个月。
这些风暴在塑造火星表面的动态过程中发挥着重要作用,有时从地球上可以看到(例如 2018 年结束火星表面的风暴)机会漫游者的任务)。
当火星风暴变得特别强烈时,尘埃颗粒之间的摩擦会导致它们带电,通过静电转移正电荷和负电荷。
根据行星科学家领导的研究Alian Wang在圣路易斯华盛顿大学,这种电力可能是火星氯循环的主要驱动力。根据他们的分析,王和她的同事相信这个过程可以解释机器人任务在火星土壤中检测到的丰富的高氯酸盐和其他化学物质。
王博士领导了一个由来自德克萨斯理工大学、特拉华大学、麦克唐纳空间科学中心(MCSS)和牛津大学。描述他们的发现的论文最近发表在地球物理研究通讯。
在其中,王和她的同事演示了沙尘暴引起的放电如何分解氯化物盐并产生大气中的氯和表面发现的其他化合物(氯酸盐、高氯酸盐和碳酸盐)。
在火星上,氯被认为是五种“移动元素”之一,其他元素是氢、氧、碳和硫。就像地球的水循环(或的甲烷循环),这意味着氯以不同的形式在火星表面和大气之间转移。
它以气态形式存在于大气中,而氯化物沉积物遍布地表。这些沉积物与地球上发现的盐田类似,例如犹他州的博纳维尔盐滩、纳米比亚的埃托沙盐滩和玻利维亚的乌尤尼盐沼(世界上最大的盐沼)。
与地球类似,这些氯化物沉积物很可能是地表存在的咸水区域的干燥残留物。理论上它们是由地表和大气之间的相互作用形成的亚马逊时期。
这个地质时代一直延续到今天,被认为是从公元末期开始的。西方人这段时期(约 30 亿年前),当时火星仍在从温暖、湿润的环境过渡到我们今天所看到的环境(极其寒冷和干燥)。
由于地表和大气之间不再进行交换,科学家们想知道大气中的氯和氯化物沉积物是如何联系起来的。
在他们的新研究中,王(MCSS 的教员)和她的同事证明,沙尘暴引起的放电是表面和空气之间氯交换的有效方式。沙尘暴可能是火星上反应化学的一个来源的可能性首次被提出是在维京 1 和 220 世纪 70 年代,特派团在此登陆。
然而,由于欧空局的夏帕雷利着陆器(将研究这一现象)于 2016 年在地表坠毁。
因此,科学家们不得不坚持气候模型和实验研究,包括王和其他行星科学家近年来所做的研究。
这些表明,当静电放电与富含二氧化碳的环境(如火星大气)中的氯盐相互作用时,氯气被释放,并且高氯酸盐和碳酸盐可以生成。
然而,这项最新研究是行星科学家首次尝试量化火星沙尘暴期间产生了多少这些化学物质。
这是通过华盛顿大学的一系列实验完成的行星环境与分析室(PEACh),研究小组在类似火星的条件下对各种常见的氯化物矿物盐进行放电。
正如王在华盛顿大学指出的那样(来源)新闻稿,结果证实了他们的理论:
“摩擦起电是太阳系中的常见过程,众所周知,火星尘埃活动是电荷积累的强大来源。火星上稀薄的大气使得积累的电场更容易以静电放电的形式分解。事实上,在火星上比在地球上容易一百倍。
“反应速率巨大。重要的是,在短时中等强度静电放电过程中释放的氯达到百分比水平。据我们所知,没有其他过程可以做到这一点,特别是在氯释放量如此高的情况下。 ”
在长达七小时的模拟静电放电实验中,他们发现至少有十分之一的氯化物分子分解并释放出氯原子。
此外,放电还导致火星表土中高氯酸盐和碳酸盐化合物的全球浓度非常高,尽管其形成率略低(千分之一以下的水平)。实验还表明,观测到的浓度范围可以在亚马逊周期的一半内累积。
最后,高产量可以解释 2018 年和 2019 年沙尘暴期间观察到的高大气氯化氢浓度。开放大学研究员、这项新研究的合著者凯文·奥尔森说:
“这项研究揭示了常见氯化物中氯的高释放率,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一条有前途的途径。
“这些发现支持火星尘埃活动可以驱动全球氯循环。ExoMars 微量气体轨道飞行器,我们看到反复出现的季节性活动与全球和区域沙尘暴同时发生。”
这项研究的另一个有趣的收获是该团队如何对火星上的静电放电可能是什么样子进行理论分析。据王说,放电看起来不像是一闪而过的。(就像地球上的情况一样)。
相反,她说,由于火星稀薄的大气层,它更像是一种辉光。
“这可能有点像地球极地地区的极光,其中高能电子与稀薄的大气物质碰撞,”她说。
迄今为止,火星上的机器人任务,无论是着陆器、漫游器还是轨道飞行器,都没有在沙尘暴期间目睹过放电现象。这些光芒可能会被浓重的尘埃遮蔽,从轨道上看不到。
与此同时,依赖太阳能的地面任务被迫在暴风雨中暂停运行以保存电力(就像最近风暴季节的情况一样)匠心直升机)。但也许核动力好奇心或者毅力火星车可以在任务完成之前拍摄到这种现象。
否则,我们可能不得不等待载人任务才能看到其中一个“极光”,这可能会导致马克·沃特尼-类似的情况!