火星土壤是火星殼與火星大氣相互作用的關鍵帶，記錄了火星表面複雜的地質環境過程。火星就位探測任務獲得了火星不同著陸區中土壤、塵埃、沙丘、岩石等地質目標中的溴（Br）、氯（Cl）、硫（S）含量資料。但這些元素主要以什麼形式存在，指示著怎樣的環境演化過程，仍需進一步限定。
中國科學院地球化學研究所月球與行星科學中心副研究員趙宇鴳與美國、加拿大和斯里蘭卡的學者開展合作研究，對火星三個著陸點（蓋爾撞擊坑、古謝夫撞擊坑和子午線高原）的Br、Cl和S資料開展統計分析，並將火星土壤中的Br、Cl分佈趨勢置於地球海水蒸發體系和火星模擬蒸發實驗的框架內，以理解火星土壤中的Br、Cl行為及控制因素。研究表明，地球海水蒸發體系中Br/Cl比值的變化主要受滷鹽沉澱影響，Br在絕大部分滷鹽沉澱時表現為在溶液中富集的傾向性。即使鹽溶液中初始Br含量較高（死海）或酸性較強（火山湖；初始pH <0.1），蒸發過程中Br/Cl比值依然遵循海水蒸發趨勢線。然而，當蒸發體系置於紫外輻照下，鹽水和蒸發鹽中Br和Cl會在蒸發過程中顯著減少，並且Br的丟失更為顯著。這與地球上已發現的含極低溴（< 20 ppm）的氯化鈉成因類似，Br透過光化學作用向大氣揮發。火星土壤中的Br、Cl分佈模式與地球海水蒸發體系有相似特徵，Br含量的波動可以透過滷鹽與無（低）鹵素組分（例如玄武岩相）混合得到。Br/Cl比值位於海水蒸發線左側的樣品，指示著Br向大氣的揮發（圖1）。
研究還發現，火星土壤中的Br、Cl、S受區域水活動影響，並受到土壤—大氣相互作用的控制。在光化學作用下，火星表壤中Br相對於Cl和S優先揮發，形成活躍的Br氧化還原迴圈（圖2）。在半乾旱至極乾旱的現代火星環境中，鹵素的氧化還原迴圈比在地球表面更顯著，極大增強了火星表層的化學活性。
研究發表在Journal of Geophysical Research: Planets上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金面上專案，地化所重點部署專案及中科院“西部之光”專案等的資助。
圖1.火星土壤、地球海水蒸發體系及蒸發模擬實驗框架中的鹵素行為
圖2.火星表面鹵素地球化學迴圈示意圖
來源：中國科學院地球化學研究所
