［本站讯］ 近日，山东大学空间科学与技术学院武中臣教授研究团队联合中国科学院国家空间科学中心、成都理工大学、美国SETI研究所、香港大学、青岛海关技术中心、哈尔滨工业大学等单位，在火星尘暴电化学作用方向取得最新进展，研究成果以“Fixation of atmospheric nitrogen on present-day Mars during dust events”为题发表在行星科学领域国际权威期刊Earth And Planetary Science Letters（Nature Index期刊，影响因子5.1）。团队博士后毛文硕为第一作者，付晓辉教授和武中臣教授为论文的共同通讯作者，山东大学为第一完成单位。
图1 现代火星尘暴电化学作用及其固氮过程
火星上现存的硝酸盐被认为是在地质历史时期固氮作用下的产物，比如早期火星闪电、撞击事件、火山喷发等等。一般认为，现代火星表面不存在固氮过程。然而，现代火星上存在频发、强度大且影响面积广的沙尘暴现象。尘暴期间，干燥的火星尘埃颗粒彼此摩擦从而产生静电放电现象，同时引发复杂电化学反应。这种电化学过程是火星上一种被忽视的潜在固氮途径。
图2 电化学作用产物中NO3-/ClOx-摩尔比值与火星土壤实测（浅蓝条带）值相近
团队利用自主搭建的火星环境模拟舱（火星舱），在模拟火星大气条件下开展尘暴静电放电模拟实验。研究发现，放电过程中会产生大量等离子体和自由基，并引发发生气相反应，最终形成硝酸盐和高氯酸盐。团队还发现，实验生成硝酸盐/高氯酸盐摩尔比值<1，这与火星盖尔撞击坑风化层实测比例一致，但比地球闪电模拟实验、地球上火星模拟场的比值低2-3个数量级。这进一步证实了火星现代风成沉积物中硝酸盐和高氯酸盐是尘暴电化学作用生成的。
团队推测尘暴放电固氮过程可能已经持续发生了30亿年，约0.0036mbar的氮气被固化。本研究对于认识火星大气与表面物质的相互作用、火星大气演化具有重要启示意义。
此外，氮是所有生命体不可缺少的元素。地球和火星上大气中的氮以稳定氮气存在，很难被生命直接利用。火星尘暴电化学作用将氮气转变为硝酸盐，为探索火星生命存在与否提供了新线索。
值得注意的是，Nature期刊在今年11月26日报道了美国“毅力”号火星车的尘暴活动实测结果，首次证实了火星尘暴放电现象，并推测其可能引发电化学作用及其多种氧化物的形成。这不仅证实了火星尘暴电化学研究的重要性，也凸显了攻关团队布局的前瞻性。
火星尘暴电化学研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金原创探索计划项目、面上项目，中国博士后基金，山东省自然科学基金等项目的资助。
