Радиолиз как возможный механизм синтеза перхлоратов на Марсе и Европе

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Перхлораты обнаружены в составе реголита Марса и Луны, во льду Европы, в составе метеоритов. Понимание процессов образования и разрушения данных соединений важно как для понимания геологической и климатической эволюции ряда планет и тел Солнечной системы, так и для оценки возможности их обитаемости. К настоящему времени предложен ряд механизмов синтеза перхлоратов в условиях Марса, однако эти механизмы не объясняют наблюдаемых в реголите концентраций перхлората и неприменимы для безатмосферных тел, в частности Европы. Нами исследованы процессы синтеза и разрушения перхлоратов при облучении моделей льда и реголита высокоэнергичными электронами в условиях низкой температуры (–50°C) и при отсутствии атмосферы (при давлении 0.01 мбар). Полученные данные свидетельствуют о том, что перхлораты могут эффективно синтезироваться в реголите Марса и поверхностном слое льда Европы под действием облучения при отсутствии жидкой фазы или атмосферы.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. В. Белоусов

ФТИ им. А.Ф. Иоффе

Author for correspondence.
Email: dom.999.bel@gmail.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

В. С. Чепцов

МГУ им. М.В. Ломоносова; Институт космических исследований РАН

Email: dom.999.bel@gmail.com
Russian Federation, Москва; Москва

А. К. Павлов

ФТИ им. А.Ф. Иоффе

Email: dom.999.bel@gmail.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

References

  1. Agostinelli S., Allison J., Amako K., Apostolakis J., Araujo H., Arce P., Asai M., Axen D., Banerjee S., Barrand G., Behner F., Bellagamba L., Boudreau J., Broglia L., Brunengo A., Burkhardt H., Chauvie S., Chuma J., Chytracek R., Cooperman G., Cosmo G., Degtyarenko P., Dell’Acqua A., Depaola G., Dietrich D., Enami R., Feliciello A., Ferguson C., Fesefeldt H., Folger G., Foppiano F., Forti A., Garelli S., Giani S., Giannitrapani R., Gibin D., Gómez Cadenas J., and 90 co-authors. Geant4 – a simulation toolkit // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 2003. V. 506 (3). P. 250–303.
  2. Carrier B.L., Kounaves S.P. The origins of perchlorate in the Martian soil // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42 (10). P. 3739–3745.
  3. Cheptsov V., Belov A., Soloveva O., Vorobyova E., Osipov G., Manucharova N., Gorlenko M. Survival and growth of soil microbial communities under influence of sodium perchlorates // Int. J. Astrobiol. 2021. V. 20 (1). P. 36–47.
  4. Davila A., Willson D., Coates J., McKay C. Perchlorate on Mars: A chemical hazard and a resource for humans // Int. J. Astrobiol. 2013. V. 12 (4). P. 321–325.
  5. Devlin D.J., Herley P.J. Thermal decomposition and dehydration of sodium perchlorate monohydrate // Reactivity of solids. 1987. V. 3 (1–2). P. 75–84.
  6. Glavin D.P., Freissinet C., Miller K.E., Eigenbrode J.L., Brunner A.E., Buch A., Sutter B., Archer Jr.P.D., Atreya S.K., Brinckerhoff W.B., Cabane M., Coll P., Conrad P.G., Coscia D., Dworkin J.P., Franz H.B., Grotzinger J.P., Leshin L.A., Martin M.G., McKay C., and 8 co-autors. Evidence for perchlorates and the origin of chlorinated hydrocarbons detected by SAM at the Rocknest aeolian deposit in Gale Crater // J. Geophys. Res.: Planets. 2013. V. 118. P. 1955–1973.
  7. Gu W., Li Y., Tang M., Jia X., Ding X., Bi X., Wang X. Water uptake and hygroscopicity of perchlorates and implications for the existence of liquid water in some hyperarid environments // RSC advances. 2017. V. 7 (74). P. 46866–46873.
  8. Hassler D.M., Zeitlin C., Wimmer-Schweingruber R.F., Ehresmann B., Rafkin S., Eigenbrode J.L., Brinza D.E., Weigle G., Böttcher S., Böhm E., Burmeister S., Guo J., Köhler J., Martin C., Reitz G., Cucinotta F.A., Kim M.H., Grinspoon D., Bullock M.A., Posner A., Gómez-Elvira J., Vasavada A., Grotzinger J.P., Team M.S., Kemppinen O., and 432 co-autors.. Mars’ surface radiation environment measured with the Mars Science Laboratory’s Curiosity Rover // Science. 2014. V. 343. id. 1244797.
  9. Hecht M.H., Kounaves S.P., Quinn R.C., West S.J., Young S.M.M., Ming D.W. and 8 co-authors. Detection of perchlorate and the soluble chemistry of Martian soil at the Phoenix lander site // Science. 2009. V. 325 (5936). P. 64–67.
  10. Ip W.H., Williams D.J., McEntire R.W., Mauk B.H. Ion sputtering and surface erosion at Europa // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25. P. 829–832.
  11. Jackson W.A., Davila A.F., Sears D.W.G., Coates J.D., McKay C.P., Brundrett M., Estrada N., Bohlke J.K. Widespread occurrence of (per)chlorate in the Solar System // Earth and Planet. Sci. Lett. 2015. V. 430. P. 470–476.
  12. Johnson R.E., Quickenden T.I. Photolysis and radiolysis of water ice on outer Solar System bodies // J. Geophys. Res. 1997. V. 102 (E5). P. 10985–10996.
  13. Kim Y.S., Wo K.P., Maity S., Atreya S.K., Kaiser R.I. Radiation-induced formation of chlorine oxides and their potential role in the origin of Martian perchlorates // J. Am. Chem. Soc. 2013. V. 135 (13). P. 4910–4913.
  14. King O., Fletcher L.N., Ligier N. Compositional mapping of Europa using MCMC modeling of near-IR VLT/SPHERE and Galileo/NIMS observations // Planet. Sci. J. 2022. V. 3:72. P. 19.
  15. Ligier N., Poulet F., Carter J., Brunetto R., Gourgeot F. VLT/SINFONI observations of Europa: New insights into the surface composition // Astron. J. 2016. V. 151. id. 163.
  16. Paranicas C., Cooper J.F., Garrett H.B., Johnson R.E., Sturner S.J. Europa's Radiation Environment and Its Effects on the Surface // Europa / Eds: Pappalardo R., McKinnon W., Khurana K. Tucson: Univ. Arizona Press, 2009. 529 p.
  17. Pavlov A.A., Vasilyev G., Ostryakov V.M., Pavlov A.K., Mahaffy P. Degradation of the organic molecules in the shallow subsurface of Mars due to irradiation by cosmic rays // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. id. L13202.
  18. Pavlov A.K., Belousov D.V., Tsurkov D.A., Lomasov V.N. Cosmic ray irradiation of comet nuclei: A possible source of cometary outbursts at large heliocentric distances // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2022. V. 511. P. 5909–5914.
  19. Pavlov A., Cheptsov V., Tsurkov D., Lomasov V., Frolov D., Vasiliev G. Survival of radioresistant bacteria on Europa’s surface after pulse ejection of subsurface ocean water // Geosciences. 2019. V. 9. id. 9.
  20. Reznicek J., Bednarik V., Filip J. Perchlorate sensing – Can electrochemistry meet the sensitivity of standard methods? // Electrochimica Acta. 2023. V. 445. id. 142027.
  21. Smith M.L., Claire M.W., Catling D.C., Zahnle K.J. The formation of sulfate, nitrate and perchlorate salts in the Martian atmosphere // Icarus. 2014. V. 231. P. 51–64.
  22. Turner A.M., Abplanalp M.J., Kaiser R.I. Mechanistic studies on the radiolytic decomposition of perchlorates on the Martian surface // Astrophys. J. 2016. V. 820. id. 127.
  23. Wilson E.H., Atreya S.K., Kaiser R.I., Mahaffy P.R. Perchlorate formation on Mars through surface radiolysis-initiated atmospheric chemistry: A potential mechanism // J. Geophys. Res.: Planets. 2016. V. 121 (8). P. 1472–1487.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences