在大部分人眼里，火星是一颗荒凉、贫瘠的红色星球。但事实上，它远非死寂无生。火星拥有稀薄的大气和布满尘埃的地表，是一个充满能量、甚至的行星。频繁发生的尘暴和尘旋风不断重塑着火星地貌，也驱动着一系列令科学家着迷的物理和化学过程。

　　想象一下：强烈的尘暴和旋转的尘旋风在火星表面疾驰而过，尘粒之间不断碰撞、摩擦。在这样的环境中，尘粒很容易带上电荷，电荷持续积累，最终可能形成足以击穿火星稀薄大气的强电场，引发静电放电（electrostatic discharge, ESD）。由于火星的大气压远低于地球，这类放电现象反而更容易发生，往往表现为微弱而诡秘的辉光，并由此触发一系列电化学反应。

　　在此前的一项研究中（Wang et al., 2023,GRL），王阿莲团队对火星模拟舱中生成的多种反应产物进行了定量分析。结果表明，在火星炎热而干燥的亚马逊纪时期，仅靠尘埃活动和放电过程，就能够生成可观数量的碳酸盐、（高）氯酸盐和挥发性氯物种，其产量与近年来火星轨道器、巡视器和着陆器的观测结果相当。

　　不过，问题也随之而来：这些在实验室中“做出来”的反应，在真实的火星环境中到底重要到什么程度？

　　仅靠“生成了多少”，还不足以回答这个问题。而要判断某个过程在火星上是否真的“起主导作用”，就需要更敏感、更特征的证据——这正是同位素的用武之地。

　　在南京大学国际同位素效应研究中心、美国华盛顿大学和特拉华大学三个团队的联合努力下，我们系统厘定了尘埃放电引发的一系列反应所对应的碳、氯和（叁）氧同位素分馏系数。结果显示，由放电生成的（高）氯酸盐、挥发性氯物种和碳酸盐中，重同位素（37Cl、18O和13C）均表现出显著而一致的亏损特征，同时氧同位素呈现质量依赖分馏行为。

　　更有意彩神vl官网思的是，当我们把这些实验厘定的同位素分馏参数代入火星环境进行对比时，发现一个非常关键的结果：由尘埃放电产生的挥发性氯、（高）氯酸盐的氯同位素组成，以及碳酸盐的碳氧同位素组成，与火星探测任务（如ExoMars Trace Gas Orbiter和NASA Curiosity Rover）在火星大气和表层土壤中测得的同位素组成一致。

　　结合此前对反应产物产量的定量结果，这些同位素证据进一步强化了一个重要认识：火星尘埃活动并非“边缘角色”，而是在当代火星表面和大气化学中发挥着核心作用。

　　基于这些结果，我们提出了一个火星当代全球表面—大气氯循环和碳循环的概念模型（图1）。该模型可以合理解释“好奇号”火星车在火星表层土壤中测得的氯同位素以及碳、氧同位素特征。

　　在这个模型中，尘埃活动驱动的静电放电会生成携带明显重同位素亏损信号的化学产物。这些物质首先进入大气，随后再次沉降到火星表面，部分还会向下渗透到地下，形成新一代表层矿物。在整个亚马逊纪时期，持续发生的尘埃放电过程不断消耗37Cl，最终导致“好奇号”观测到的极端负δ37Cl值（−51‰）。

　　此外，我们的研究还表明，火星表层土壤中的碳酸盐，很可能主要来源于尘埃活动产生的“新生碳酸盐”，而不完全是传统观点认为的、由古老碳酸盐地层风化剥蚀而来的产物。

　　颇为有意思的是，我们这项研究完成之际，NASA “毅力号”火星车也首次通过电学和声学信号，在火星尘暴对流锋面中直接观测到了放电现象（Chide et al., 2025,Nature）。这为尘埃放电在火星上真实存在、并可能长期发生，提供了关键的原位证据。

　　早在2020年，王阿莲老师联系当时还在LSU的鲍惠铭（Huiming Bao）老师，想测试她们火星尘埃放电实验中生成的碳酸盐的同位素组成。鲍老师把任务转给了我，我当时很自信地说：“这个不难，几天就能搞定。”

　　样品一到，我立刻开始实验。按照常规流程，需要在真空条件下让样品与无水磷酸反应，收集生成的CO2，再送去质谱仪测试。但反应一开始，我就觉得不对劲——生成的气体量，明显多得离谱。

　　第一反应：是不是系统漏气了？但当我打开样品收集管，一股刺鼻的气味瞬间冲出来，我立刻意识到：这是氯化氢。

　　原来，在真空条件下，样品中大量存在的氯化物会和磷酸反应生成强腐蚀性的氯化氢，而液氮又不断把气体冻住，导致反应持续进行。如果当时一不小心把这些气体送进质谱仪，那台实验室里唯一的MAT 253，可能就要当场“退休”了。

　　后来回到南京大学，我们彻底调整了方案，通过碱性的水溶液去除氯化物，并在氦气或真空条件下完成整个处理流程。为确保同位素不被改变，团队成员魏榆博士反复做了十多次对照实验。过程虽然折腾，但当最终的数据和火星探测结果完美对上时，一切都值了。返回搜狐，查看更多