В быстром исчезновении метана из атмосферы Марса могут быть виновны песок и ветер.

Чем больше мы изучаем Марс, тем больше загадок нам подкидывает эта безжизненная с виду планета. Один из вопросов, на который мы уже больше десяти лет не можем получить однозначного ответа, связан с периодическими колебаниями концентрации метана в атмосфере Марса.

Пылевой шторм на Марсе, сфотографированный аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter 7 ноября 2007 года. Фото: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Запаянная кварцевая ампула, в которой при встряхивании имитировались условия марсианского пылевого шторма. Столкновения песчинок сопровождались ионизацией атомов аргона, присутствующего в атмосфере Марса. Справа – фотографии триболюминесценции, возникающей при опытах с разными минералами. Фото: Mars Simulation Laboratory, Aarhus University

Во-первых, непонятно, откуда на Марсе берётся этот самый простой из углеводородов: то ли его производят неизвестные нам пока бактерии, спрятавшиеся от радиации и холода глубоко под поверхностью, либо метан синтезируется в результате химических, а не биохимических реакций. И та, и другая версия вполне имеют право на жизнь, хотя первый вариант, конечно, намного интереснее. Но кроме загадки возникновения метана есть ещё один, пусть и менее волнующий, вопрос – а куда он, собственно говоря, девается?

Дело в том, что фотохимических процессов, вроде распада молекул метана под действием ультрафиолета, недостаточно, чтобы стать причиной столь быстрой «пропажи» метана из состава марсианского воздуха. Исследователи из Орхусского университета (Дания) предложили объяснение этому феномену. Согласно их теории, метан «съедает» марсианский песок с помощью ветра и процесса, который называется сальтация. Вот и давайте разберёмся, как же это происходит.

Начнём с сальтации – так называют скачкообразное перемещение твёрдых частиц. Когда ветер гонит песчинки по асфальту, то с научной точки зрения происходит именно сальтация. Но песок, даже прыгающий по поверхности, вроде не должен вступать в химические реакции? А вот это уже не совсем так.

При соударениях или трении друг об друга кристаллических тел возникает интересный эффект: триболюминесценция, или, проще говоря, свечение. Однозначной теории этого явления пока не создано. С одной стороны, понятно, что энергия для свечения берётся от локального разрушения кристаллической решётки вещества, но точные механизмы того, как это происходит, пока что не описаны. Однако это не мешает наблюдать как сам эффект, так и интересные его следствия, например, химические реакции.

Свечение – это всего лишь один из способов атома или молекулы в возбуждённом состоянии потерять часть своей «избыточной» энергии. Помимо этого, активные частицы могут вступать в химические реакции, запрещённые для «обычных» невозбуждённых молекул, как, например, во время грозы в воздухе из кислорода образуется озон.

Исследователи решили воссоздать в прямом смысле в пробирке условия марсианской пылевой бури и посмотреть, какая «химия» может происходить на скачущих песчинках. Для этого они положили в несколько кварцевых пробирок наиболее часто встречающиеся на Красной планете минералы, воздух в пробирках заменили на аналогичный марсианскому по давлению и составу, после чего пробирки запаяли и поместили в специальный аппарат, который их с определённой силой встряхивал. Происходящее в пробирке исследователи фиксировали с помощью фотокамеры и спектрометра. Фотокамера регистрировала свечение, которое возникало вследствие триболюминесценции, а спектрометр позволял «посмотреть» на химический состав газа в пробирке.

Оказалось, что при тряске в пробирках регистрировался ионизированный аргон. Чтобы ионизировать атом аргона или, проще говоря, оторвать от него один электрон, нужно затратить определённую энергию. Но причём здесь аргон, если нам интересен метан?

Дело в том, что энергии, необходимой для ионизации аргона, с лихвой хватит, чтобы оторвать от молекулы метана один или несколько атомов водорода, другими словами, развалить её на части. Такие «осколки» оказываются очень активными, и с лёгкостью вступают в самые разные химические реакции.

Получается, что ветра и скачущих друг по другу песчинок может вполне хватить, чтобы убрать из марсианской атмосферы то небольшое количество метана, которое в неё периодически попадает.

По материалам Icarus