Le flux d'électricité dans les tempêtes de poussière martiennes aide à former les énormes quantités de perchlorate trouvées dans les sols de la planète, selon de nouvelles recherches de l'Université de Washington à St. Louis.

Ce n'est pas la foudre mais une autre forme de décharge électrostatique qui est la clé de la distribution à l'échelle de la planète du produit chimique réactif, dit Alian Wang, professeur-chercheur au Département des sciences de la Terre et des planètes en Arts &Sciences.

"Nous avons trouvé un nouveau mécanisme qui peut être stimulé par un type d'événement atmosphérique unique à Mars et qui se produit fréquemment, dure très longtemps et couvre de vastes zones de la planète, c'est-à-dire tempêtes de poussière et diables de poussière, " a déclaré Wang. " Cela explique l'unique, forte concentration d'un produit chimique important dans les sols martiens et qui est très important dans la recherche de la vie sur Mars."

Le nouveau travail est une étude expérimentale qui simule les conditions martiennes dans une chambre de laboratoire sur Terre.

Quantité surprenante d'un produit chimique réactif

Lorsque Phoenix Mars Lander de la NASA est arrivé sur la planète à la recherche d'environnements propices à la vie microbienne, les chercheurs ont été surpris de trouver des concentrations élevées de perchlorates dans le sol, allant de 0,5 à 1,0 pour cent.

Une idée fausse populaire à l'époque a conduit certaines personnes à croire que les perchlorates tueraient tous les microbes martiens. En réalité, certains microbes sont capables d'utiliser les perchlorates comme source d'énergie, bien que les perchlorates soient toxiques pour l'homme.

L'ion perchlorate, composé d'un atome de chlore et de quatre atomes d'oxygène, est stable, mais le chlorate, un produit chimique apparenté avec seulement trois atomes d'oxygène, est un oxydant puissant comme l'a démontré Kaushik Mitra, un étudiant diplômé de l'Université de Washington en sciences de la terre et des planètes.

Les nouvelles recherches de Wang montrent que le chlorate est le premier et le principal produit dans la voie des transitions de phase du chlorure au perchlorate au cours de la chimie du plasma redox multiphasique - le nouveau mécanisme décrit pour la première fois le 15 octobre dans le journal Lettres des sciences de la Terre et des planètes .

Une source d'énergie dans la tempête

Sur Terre, Les perchlorates naturels sont formés par des réactions photochimiques alimentées par la lumière du soleil. ils sont rares, mais ils existent :des perchlorates ainsi sourcés ont été trouvés dans les sols des régions hyper arides de la Terre, comme le désert d'Atacama au Chili, Les vallées sèches de l'Antarctique ou le bassin de Qaidam sur le plateau du Tibet, par exemple. Mais Mars a environ 10 millions de fois plus de perchlorates dans son sol que ce qui serait prédit par ce seul type de photochimie.

Les modélisateurs ont suggéré que la foudre pourrait fournir l'énergie nécessaire à ces réactions chimiques sur Mars. Mais Wang et son équipe de l'Université de Washington, qui comprend Kun Wang (aucune relation), professeur assistant en sciences de la terre et des planètes; Jennifer Houghton, chercheur; et Chuck Yan, technicien en ingénierie - ont été les premiers à créer une simulation expérimentale réelle qui a démontré un rendement de chlorate/perchlorate de 1, 000 fois le rendement généré par la photochimie en laboratoire.

Ce travail a été réalisé en collaboration avec Z. C. Wu à l'Institute of Space Science, Université du Shandong en Chine; William Farrell au Goddard Space Flight Center de la NASA; et Andrew Jackson à la Texas Tech University.

Les chercheurs ont conçu deux séries d'expériences à l'aide d'un simulateur baptisé Planetary Environment and Analysis Chamber (PEACh), créant une atmosphère semblable à celle de Mars avec des conditions de pression et de température similaires.

Dans l'atmosphère martienne à faible densité, qui a moins d'un pour cent de la pression atmosphérique de la Terre, les particules chargées sont moins susceptibles de s'accumuler à distance pour former l'arc dramatique de la foudre. Au lieu, les événements de vent transportant du sable et de la poussière sont plus susceptibles de développer des champs électriques près de la surface qui entraînent soit la décharge sombre de Townsend, un effet qui n'est pas visible, ou décharge luminescente normale - qui apparaît, juste comme ça sonne, comme une faible lueur.

"Si une photo a été prise le soir sans soleil, la décharge luminescente normale doit être vue sous la forme d'une lumière faible et peut durer plus longtemps que la foudre, " Alian Wang a dit. " En fait, J'ai suggéré à un scientifique de l'atmosphère qui travaille sur le rover Curiosity de concevoir une séquence de photos du soir pour attraper les diables de la poussière !"

Dans la chambre de Mars du laboratoire, l'équipe de recherche a observé la génération instantanée de radicaux libres - des molécules avec des électrons non appariés hautement réactifs - dans une décharge luminescente normale, détecté par spectroscopie d'émission plasma in situ. Ils ont également mesuré la transition du chlorure en chlorate, puis de perchlorate par interaction avec les radicaux libres, par spectroscopie laser Raman.

Masquer les signes de la vie

En moyenne, les tempêtes de poussière mondiales sur Mars se produisent une fois tous les deux ans martiens, tandis que des tempêtes de poussière régionales et locales se produisent chaque année.

Wang et son équipe sont convaincus que leurs résultats peuvent être étendus aux conditions générales de Mars et peuvent aider les chercheurs à comprendre les fortes concentrations de ces produits chimiques dans les sols martiens.

Quoi de plus, Wang suggère, les chlorates produits en grande quantité lors d'événements poussiéreux pourraient agir comme des capteurs, réagir avec d'autres produits chimiques de surface de manière à "nettoyer" les biosignatures des microbes actifs, masquant ou effaçant les preuves de la vie sur Mars.

"Cette étude ouvre une porte. Elle démontre le fort pouvoir d'oxydation des électrons dans le processus de décharge électrostatique généré par les événements de poussière, ", a-t-elle déclaré. "Cela suggère que les décharges électrostatiques dans les événements de poussière martienne peuvent affecter de nombreux autres processus redox dans l'atmosphère de Mars et la surface et le sous-sol de Mars, tels que les systèmes de fer et de soufre également. »