模拟环境下火星表面高氯酸盐起源的反应路径研究

As the key link of Mars chlorine cycle, the origin of Martian perchlorate is crucial for the integrity of the whole cycle which is also a very important and urgent research topic. However, the current scientific explanations are not perfect. We believe that the strong oxidation reactions between chloride and the CO2 low temperature plasma generated by dust triboelectric discharge is one of the main formation mechanism of Martian perchlorates. In this project, 1) the simulated Martian environment chamber and in situ specral analysis systerm will be further improved. Under controlled Mars conditons, the CO2 low temprature plasma will be generated with on-line diagnosis. 2) The oxidation reactions of chlorine salts (such as oxy-chlorine species) by CO2 plasma will be invested, and the new productions will be analyzed by in-situ NIR/IR and Raman spectroscopy. 3)The relations among the simulated envirmental parameters, the working parameters of CO2 low temperature plasam and the reaction productions/rates will be well studied for deducing the reaction pathway. This study will give a good explain for the origin of Martian perchlorate and will also yield some high-level research results.

作为火星表面Cl元素循环的关键环节,高氯酸盐的起源问题关系着循环过程的完整性。然而有关其产生机理的解释仍未完善。课题组提出的火星大气中矿物微粒摩擦放电激发的CO2低温等离子体与含氯无机盐的强氧化作用是火星高氯酸盐起源新机理的观点，突破了现有火星大气光化学反应/UV辐射起源论O/O3含量低、反应产率低的瓶颈，极好的解释了火星表面ClO4-高浓度沉积的事实。为实验证实此观点，课题组拟（1）完善现有火星环境模拟系统，在可控火星条件下实现CO2等离子体激发与在线诊断；（2）在模拟火星条件下开展CO2等离子体与氯化物(及其它含氧氯化物)的相互作用实验，采用原位Raman和原位NIR/IR反射技术对产物进行联合鉴别与定量分析；（3）研究环境参数、等离子体物理参数和高氯酸盐产物、产率之间的相互关系, 推测反应路径，完善反应机理研究。上述研究将在根源上解释火星表面高氯酸盐的起源问题，极具创新性。

高氯酸盐是火星表面Cl元素循环的关键环节,其起源问题关系着循环过程的完整性。然而国际上并没有对火星表面高氯酸盐起源问题的完善而合理的解释。课题组提出并实验验证了火星尘暴诱发的CO2辉光放电是火星高氯酸盐起源的新机理。本机理突破了现有火星大气UV光化学起源论O/O3含量低、反应产率低的瓶颈，很好的解释了火星表面ClO4-高浓度沉积的事实。经过4年努力，课题组完成了如下工作：1）搭建火星舱并在可控火星条件下实现了CO2辉光放电及气体产物的探测与分析；2）在模拟火星条件下开展CO2辉光放电与氯化物(及ClO2-,ClO3-)的相互作用实验，在反应产物中成功检测到了ClO3-和ClO4-并建立了ClO3-,ClO4-的定量分析方法；3）研究环境参数、放电参数和高氯酸盐产物、产率之间的相互关系,推测反应路径，完善了反应机理。本课题提出的火星尘埃静电放电是火星表面高氯酸盐起源新机制的观点获得国际学术界的认可，先后被Science网站等50余家国内外知名媒体报道/转载。迄今为止，项目组已在Earth Planet. Sci. Lett., Icarus，J. Raman Spectrosc.等期刊发表SCI论文6篇，在《光子学报》上发表EI论文1篇，在Lunar and Planetary Science Conference，International Forum on Lunar and Deep-space Exploration，International GeoRaman conference等国际会议上发表会议论文9篇，申请国家发明专利5项且目前授权1项。