Не стоит объяснять происхождение фосфина экзотическими причинами

Борис Жуйков. Фото И. Соловья
Борис Жуйков.
Фото И. Соловья

Недавняя статья в Nature Astronomy (Jane Greaves et al.) [1] об обнаружении газа фосфина (РН3) в атмосфере Венеры наделала много шума, так как это соединение было в 2019 году предложено в качестве индикатора жизни. Путем анализа спектров с двух мощных телескопов ALMA и JCMT определена концентрация около 20 ppb (частей на миллиард).

Связь между фосфином и наличием жизни обсуждалась и ранее, но в основном это вещество рассматривалось в качестве источника химически активного фосфора, в то время как многие фосфаты — кальция, магния, железа — нерастворимы и трудно усваиваются живыми организмами.

Логика статьи строится на отрицании известных источников фосфина. Анализируются все возможные варианты происхождения фосфина (поступление с метеоритами из космоса, фотохимический синтез из соединений фосфора в высокой степени окисления в атмосфере, вулканическая деятельность, синтез из фосфатов от удара молниями и др.) и утверждается, что ни один из этих источников не может дать такого большого количества рассматриваемого вещества в атмосфере Венеры.

В качестве объяснения авторы статьи делают предположение о происходящих на Венере пока неизвестных геологических или фотохимических процессах, и, наконец, упоминается возможность происхождения фосфина в результате деятельности живых организмов в атмосфере Венеры. Предполагается, что бактериальная жизнь могла образоваться на поверхности этой планеты много лет назад, когда там была еще жидкая вода, а потом переместиться в атмосферу. Сейчас средняя температура на поверхности Венеры — около 460 °С.

Главный аргумент авторов статьи — расчет скорости фотохимического разрушения фосфина, который определяет необходимость поступления фосфина с той же скоростью.

Что вызывает сомнение после внимательного изучения этой статьи:

  1. Громадное количество фосфина, которое авторы пытаются приписать действию живых организмов, — получается порядка 1013 кг (масса атмосферы Венеры — 4,8 × 1020 кг). Надо сказать, что во всей биомассе Земли содержится 2 × 1013 кг фосфора (биомасса 2420 млрд тонн, содержание фосфора — около 1%), при этом в земной атмосфере содержание фосфина — триллионные доли (свободный кислород в атмосфере все-таки). То есть если фосфин поступил от жизнедеятельности, то атмосфера Венеры буквально кишит жизнью.
  2. Термодинамические расчеты действительно показывают, что фосфин должен достаточно полно реагировать с углекислым газом (содержание СО2 в атмосфере Венеры — 96,5%, остальное в основном азот) или с примесными газами. Однако оценка кинетики образования и разрушения фосфина, мягко говоря, спорная и недостаточно обоснованная. Кинетику взаимодействия фосфина с углекислым газом при разных примесях, температурах, давлениях, при воздействии света необходимо тщательно экспериментально исследовать, прежде чем делать далекоидущие заключения. Фосфин даже в сухом воздухе при обычной температуре на Земле может существовать довольно долго, поэтому он используется в качестве газа-фумиганта — для уничтожения вредителей, причем продукты, обработанные этим газом, оставляют на воздухе на несколько дней. Имеются устройства, генерирующие фосфин вместе с углекислым газом. Возможно, при отсутствии свободного кислорода в атмосфере Венеры фосфин может накапливаться достаточно долгое время из различных источников.
  3. Для любого химика наиболее очевидный источник поступления фосфина — от взаимодействия воды или кислоты с фосфидами разных металлов. Вопрос: откуда фосфиды? На нашей планете фосфиды встречаются. На поверхности Земли это в основном шрейберзит и другие подобные минералы из метеоритов.

    Считается, что от 1 до 10% фосфора, присутствующего в настоящее время на Земле, появилось из метеоритов [2]. Но по расчетам авторов статьи скорость поступления фосфидов на Венеру с метеоритами не может компенсировать разрушение фосфина в результате фотохимических реакций. Однако в глубинах Земли, в металлическом ядре, фосфидов, по-видимому, много. И недавно в районе Мертвого моря в Израиле Сергей Бритвин с сотрудниками из Института наук о Земле СПбГУ и Университета им. Бен-Гуриона обнаружил несколько минералов — фосфидов земного происхождения; результаты опубликованы в Scientific Reports (международном научном журнале из группы Nature) [3, 4].

    О поверхности и коре Венеры сведений немного. Вулканическая деятельность на этой планете сейчас несильная, но раньше она была интенсивной, и поверхность Венеры в значительной степени покрыта базальтом. В базальте часто встречаются сульфиды — похожие по химическому поведению на фосфиды. В продуктах выветривания пород Венеры ожидается преимущественное накопление серы в форме сульфидов, содержание которых может достигать 10% массы [5]. В верхних слоях атмосферы Венеры уже давно обнаружили сероводород, также заявлявшийся в качестве индикатора жизни. Недавно опубликованы данные об обнаружении фосфидов в базальтах подводных вулканических построек Японского моря, что рассматривается в качестве доказательства эндогенного источника фосфора при образовании жизни на Земле [6].

    Поэтому сульфиды и фосфиды вполне могут содержаться и в базальтовых породах Венеры, хотя прямых доказательств этому пока нет. На Венере постоянно идут кислотные дожди. Серная кислота может существовать на поверхности и в жидком виде. Ее температура кипения — 337 °С при нормальном давлении, а при давлении около 90 атм на поверхности Венеры температура кипения серной кислоты около 500 °С. При взаимодействии кислоты с фосфидами легко выделяется фосфин. Очевидно, что было бы резонно провести эксперименты по обработке базальтов, содержащих фосфиды, серной кислотой при высокой температуре, чтобы определить, насколько при этом пассивируется поверхность базальтов.

Авторы недостаточно тщательно проанализировали такую возможность. Хотя сами они осторожно упомянули иные варианты происхождения наблюдаемого фосфина, кроме жизнедеятельности, СМИ обратили внимание только на эту последнюю, самую спорную версию. Объяснять любое наблюдаемое явление экзотическими причинами, а не более естественными — не вполне научный подход.

Борис Жуйков, докт. хим. наук, радиохимик,
специалист по высокотемпературным газохимическим методам разделения элементов

  1. nature.com/articles/s41550-020-1174-4
  2. livescience.com/22641-cosmic-phosphorus-first-life-astrobiology.html
  3. spbu.ru/sites/default/files/phosphides_levant.pdf
  4. spbu.ru/news-events/krupnym-planom/zhizn-na-zemle-zarozhdalas-v-okrestnostyah-mertvogo-morya
  5. galspace.spb.ru/index507.html
  6. elib.pstu.ru/vufind/EdsRecord/edselr,edselr.35325947

«На Венере, ах, на Венере…»

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 См. также:

  • Фотография ночного неба над побережьем Тихого океана. Cвет Венеры отражается в воде. Фото Brocken Inaglory22.09.2020 «На Венере, ах, на Венере…» Найдено возможное свидетельство жизни на Венере — фосфин, который вроде бы не может быть объяснен небиогенными процессами. Прежде всего — о самом открытии. Команда британских астрономов приступила к поиску фосфина на других планетах. Это вещество (РН3) считается «биомаркером», то есть возможным свидетельством внеземной жизни, именно поэтому его искали. Венера была выбрана без расчета на успех — просто чтобы отладить методику на объекте с предположительно нулевым сигналом. А он, к удивлению исследователей, оказался ненулевым!
  • День рождения ТрВ-Наука — 2017 (стенограмма)24.04.2017 День рождения ТрВ-Наука — 2017 (стенограмма) 8 апреля 2017 года в Сахаровском центре (Москва) состоялось празднование 9-летия газеты «Троицкий вариант - Наука». Представляем стенограммы выступлений и видеозаписи.
  • Самоил Биленький. Фото И. Лапенко28.07.2020 Загадка малых масс нейтрино Как изучение нейтрино поможет физикам выйти за пределы Стандартной модели? Почему вначале ученые не верили, что нейтрино обладает массой? Как Бруно Понтекорво пришел к идее нейтринных осцилляций? Как возник и развивался Объединенный институт ядерных исследований? Об этом в интервью Яну Махонину рассказывает профессор Самоил Михелевич Биленький, советник при дирекции Лаборатории теоретической физики ОИЯИ. В этом году ему исполнилось 92 года, но он сохраняет бодрость духа и ясность ума.
  • Рис. 2. Упрощенная схема глобального углеродного цикла, показывающая типичные временные масштабы оборота переноса углерода через основные резервуары. Источник: ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_Chapter06_FINAL.pdf11.02.2020 Лёд, СО2 и время — 2 Как мы помним, Земля уникальна в Солнечной системе: здесь есть вода и свободный кислород, и поэтому долгосрочный климатический термостат связан с геохимическими циклами в твердой земле, их взаимодействием с атмосферой, составом атмосферы и составом морской воды. Климат-контроль — это не только наблюдения за погодой, т. е. за процессами, протекающими в нашей тропосфере. Это контроль за круговоротом важнейших химических элементов, слагающих планету. Каким образом углекислый газ выходит на такие важные позиции в нашем климате?
Подписаться
Уведомление о
guest
4 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Konstantin Leskov
Konstantin Leskov
3 месяцев(-а) назад

«При взаимодействии кислоты с сульфидами легко выделяется фосфин.»
Наверное, тут опечатка: не с сульфидами, а с фосфидами.

demina
ТрВ
3 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Konstantin Leskov

поправили! «При взаимодействии кислоты с фосфидами легко выделяется фосфин». Спасибо.

Yuriy Kyrpychov
Yuriy Kyrpychov
3 месяцев(-а) назад

Многое стало понятно. Спасибо.

Александр
3 месяцев(-а) назад

Вопрос по серной кислоте в облаках Венеры. Слой облаков примерно сооответствует температуре замерзания чистой серной кислоты (283К) и Олеума (263К) при давлении около 1 атм. на высотах 45-65 км. Но концентрация очень низкая. Облака эти, скорее тонкий смог . Дымка. Образование капелек, способных долететь до поверхности возможно только при очень маловероятных стечениях параметров. Так ли это?

Последняя редакция 3 месяцев(-а) назад от Александр
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: