2014 年，当美国宇航局的火星探测器在火星上的盖尔陨石坑和奋进陨石坑的岩石中发现锰氧化物时，这一发现激发了一些科学家的灵感，认为这颗红色星球的大气层可能在数十亿年前曾经含有更多的氧气。
科学家说，这些矿物质可能需要充足的水和强氧化条件才能形成。 利用从地球地质记录中吸取的教训，科学家们得出结论，锰氧化物的存在表明火星在其过去曾经历过大气中氧气的周期性增加——然后才下降到今天的低水平。
但圣路易斯华盛顿大学的一项新实验研究颠覆了这一观点。
科学家们发现，在类似火星的条件下，在没有大气氧气的情况下很容易形成锰氧化物。 使用动力学模型，科学家们还表明，在古代火星上预期的富含二氧化碳的大气中，锰氧化是不可能的。
“锰氧化物和氧气之间的联系存在一系列基本的地球化学问题，”艺术与科学学院地球和行星科学教授、该研究的通讯作者杰弗里·卡塔拉诺 (Jeffrey Catalano) 说，该研究于 12 月 22 日发表在 自然地球科学. Catalano 是麦克唐奈空间科学中心的教员。
该研究的第一作者是 Kaushik Mitra，他现在是石溪大学的博士后研究员，他完成了这项工作，作为他在华盛顿大学研究生研究的一部分。
与地球相比，火星是一颗富含卤素元素氯和溴的行星。 “卤素以不同于地球的形式出现在火星上，而且数量要多得多，我们猜测它们对锰的命运很重要，”Catalano 说。
Catalano 和 Mitra 使用氯酸盐和溴酸盐（这些元素在火星上的主要形式）进行了实验室实验，以氧化水样中的锰，这些水样是他们制作的，用于复制古代火星表面的流体。
“我们受到饮用水氯化过程中观察到的反应的启发，”Catalano 说。 “了解其他行星有时需要我们应用从看似无关的科学和工程领域获得的知识。”
科学家们发现，卤素将溶解在水中的锰转化为氧化锰矿物的速度比氧气快数千至数百万倍。 此外，在科学家认为在早期火星表面发现的弱酸性条件下，溴酸盐比任何其他可用的氧化剂都更快地产生氧化锰矿物。 在许多这些条件下，氧气完全不能形成锰氧化物。
“根据定义，氧化不需要氧气的参与，”米特拉说。 “早些时候，我们提出了火星上可行的氧化剂，而不是氧气或通过紫外线光氧化， 这有助于解释 为什么红色星球是红色的。 就锰而言，直到现在我们还没有一种可行的氧气替代品来解释锰氧化物。”
新结果改变了对早期火星宜居性的基本解释，这是美国宇航局和欧洲航天局正在进行的研究的重要推动力。
但科学家们说，仅仅因为过去可能没有大气中的氧气，就没有特别的理由相信没有生命存在。
“即使在地球上，也有几种生命形式不需要氧气就能生存，”米特拉说。 “我不认为这是宜居性的‘挫折’——只是可能没有以氧为基础的生命形式。”
可以在富含卤素的环境中生存的极端微生物——比如在地球上的大盐湖和死海中繁衍生息的嗜盐单细胞生物和细菌——也可能在火星上生存良好。
“我们需要在与火星、金星等特定行星以及欧罗巴和土卫二等“海洋世界”更相关的不同地球化学条件下进行更多实验，以便正确和全面地了解这些行星体上的地球化学和地质环境”米特拉说。 “每颗行星本身都是独一无二的，我们无法通过对一颗行星的观察来推断来准确了解另一颗行星。”
