Что окислило марганец на Марсе?

Был ли это атмосферный кислород или здесь постарались другие окислители — химики попытались разобраться в ходе лабораторного эксперимента.

Марсоход «Кьюриосити», обследуя в 2014 году кратер Гейла, обнаружил в некоторых горных породах повышенное содержание оксида марганца. В качестве одного из объяснения была предложена гипотеза, что когда-то очень давно в атмосфере Марса могло быть много кислорода. Причём здесь кислород, если в камнях у нас марганец? Дело в том, что для образования отложений оксида марганца он должен был быть окислен из другой, менее окисленной формы. И для этого процесса, как нетрудно догадаться, требуется окислитель – вещество, способное отобрать у атома марганца пару лишних электронов. В отличие от того же железа или серы, марганец свои электроны держит довольно крепко и абы кому их не даёт, только относительно сильным окислителям. Например, в качестве такого может выступать молекулярный кислород.

С кислородом, правда, есть одна проблема. Атмосферы молодых планет Солнечной системы, скорее всего, были восстановительными – т.е. не содержали окислителей и состояли преимущественно из метана, углекислого газа, водорода и аммиака. Чтобы в такой атмосфере появился кислород, должно произойти что-то воистину геохимически грандиозное. На Земле, например, смену восстановительной атмосферы на окислительную, произошедшую около 2.5 млрд лет назад, называют кислородной катастрофой (или великим кислородным событием). Поэтому если на Марсе в древности было много кислорода, то у этого факта должна быть какая-то очень нестандартная «химия», возможно даже с приставкой –био. Или мы всё-таки выдаём желаемое за действительное, и у окисленного марганца есть другое объяснение.

Химики, разумеется, знают, что кроме кислорода, есть ещё множество других самых разных окислителей. Они и предлагались тогда, в 2014 году, наряду с кислородом, как альтернативные вещества, способные доокислить «недоокисленный» марганец. Например, это могут быть различные кислород содержащие соединения галогенов – хлора и брома. На Марсе их много, больше, чем на Земле. Тот же марсианский грунт изобилует перхлоратами – вполне себе сильными окислителями, их даже используют в качестве компонентов твёрдого ракетного топлива. Но гипотезы хорошо бы ещё проверять на практике. Поэтому химики из Вашингтонского университета, Университета штата Нью-Йорк в Стони-Бруке и Университета Райса решили проверить, как протекает окисление марганца в разных условиях и при участии разных окислителей.

Как пишут исследователи в Nature Geoscience, кислород окисляет марганец намного медленнее, чем это делают кислородсодержащие соединения хлора и брома: хлориты, хлораты и броматы. Они могут образовываться из хлоридов и бромидов, попавших в атмосферу и окисленных там под действием солнечного ультрафиолета. Попав из атмосферы в воду и проникнув по трещинам вглубь горных пород, эти окислители уже вступали в реакции с марганецсодержащими породами, например, вулканическими базальтами. Затем хлориды и бромиды вместе с каплями воды вновь попадали в атмосферу, и цикл повторялся.

Получается, что избыточное количество оксида марганца в марсианских камнях совсем не обязательно связано с кислородом в атмосфере и, скорее всего, вся «окислительная химия» прошла без его участия. А значит, нет необходимости привлекать полчища цианобактерий для объяснения ниоткуда взявшейся марсианской кислородной аномалии. Впрочем, саму возможность существования примитивных форм жизни это не отменяет и будем надеяться, что когда-нибудь жизнь на Марсе всё-таки найдут.